Die Entwicklung nachhaltiger Produkte Ein ganzheitlicher...

Die Entwicklung nachhaltiger Produkte

–

Ein ganzheitlicher methodischer Ansatz der

Nachhaltigkeitsbilanz

Am Fachbereich Maschinenbau

an der Technischen Universität Darmstadt

zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)

genehmigte

DISSERTATION

vorgelegt von

Marko Ćorić, M. Sc.

aus Mostar / Bosnien und Herzegowina

Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche

Mitberichterstatter: Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl

Tag der Einreichung: 26. Januar 2016

Tag der mündlichen Prüfung: 14. Juni 2016

Darmstadt 2016

D17

I

estaltet der Verlag.

II

Vorwort

Diese Arbeit entstand im Rahmen meines letzten Jahres als wissenschaftlicher Mit-

arbeiter am Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente der Technischen

Universität Darmstadt (pmd). Das Ziel meines Forschungsvorhabens war die erstma-

lige Entwicklung und Evaluierung eines in Modellen und Vorgehen methodisch konsis-

tenten Hilfsmittels zur Entwicklung nachhaltiger Produkte.

Die Nachhaltigkeit als Schlagwort steht im Blickpunkt des öffentlichen Interesses. Ob

Abgasskandale, Ökostrom oder Spekulationen mit Nahrungsmitteln, das Nachhaltig-

keitsthema ist wie kein Anderes in den Medien präsent. Die Nachhaltigkeit ist zu einem

Sinnbild des guten Gewissens der Menschheit geworden.

Dem können sich Unternehmen des produzierenden Gewerbes nicht entziehen. An-

fang des 21. Jahrhunderts keimte die Bestrebung auf, Nachhaltigkeit als Teilaspekt

der unternehmerischen Reputation zu etablieren. Von diesem neunen guten Gewissen

sind sämtliche Unternehmensbereiche, besonders die Produktentwicklung, betroffen.

Sie steht seitdem vor der Aufgabe, nachhaltige Produkte zu entwickeln. Umso erstaun-

licher ist die fehlende wissenschaftliche Durchdringung des integrativen Nachhaltig-

keitsgedankens und das fehlende wissenschaftliche Verständnis der ökologischen,

ökonomischen und gesellschaftlichen Dimension, nicht nur im konstruktionsmethodi-

schen Kontext.

Die Motivation dieser Arbeit stellt ein in der Öffentlichkeit und in der Wissenschaft vor-

herrschende diffuse Verständnis der Nachhaltigkeit dar. Es verhindert eine praktische

Umsetzung der Entwicklung nachhaltiger Produkte.

Mein Dank gilt Frau Dr.-Ing. Andrea Bohn, die mich 2011 als ersten Mitarbeitenden für

die Forschung an Mikro-Maschinenelementen am pmd eingestellt hatte und bis An-

fang 2012 betreute. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. h. c. Dr. h. c. Dr.-Ing.

Herbert Birkhofer und Herrn Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche. Sie unter-

stützten mich nach dem Ausscheiden von Frau Bohn bei der Forschung der für mich

neuen Themengebiete der Nachhaltigkeit und der Produktentwicklung. Herrn Prof. Dr.-

Ing. Reiner Anderl danke ich für die Übernahme des Korreferates.

Dem pmd-Team danke ich für die angenehme Arbeitsatmosphäre. Mein besonderer

Dank gilt den aktiven und ehemaligen KollegInnen des Arbeitsbereiches EcoDesign,

die mich nach dem Ausscheiden von Frau Bohn in ihren Arbeitsbereich integrierten.

Mein besonderer Dank gilt meinen Eltern. Sie haben mich durch die schwierige Zeit

nach dem Wechsel der Mikro-Maschinenelemente-Forschung zu der Erforschung der

Entwicklung nachhaltiger Produkte unterstützt und motiviert. Von ganzem Herzen

danke ich meiner Verlobten Valetina Biletić, die in dieser schwierigen Zeit stets mein

Licht am Ende des Tunnels war.

Darmstadt, 07. Januar 2016 Marko Ćorić

III

bleibt frei oder enthält ggf. die Fortsetzung des Vorwortes, eine persönliche Widmung oder ein Motto.

IV

Inhaltsverzeichnis

Vorwort ....................................................................................................................... II

1 Einleitung ............................................................................................................. 1

1.1 Zielsetzung der Arbeit ................................................................................... 3

1.2 Exkurs: Zusammenhang zwischen Modellen und Methoden ........................ 4

1.3 Vorgehen und Aufbau der Arbeit ................................................................... 8

2 Stand der Forschung ........................................................................................ 11

2.1 Das Partialmodell der Ganzheitlichen Produkt- und Prozessentwicklung ... 11

2.1.1 Das Partialmodell der Prozesse ....................................................... 14

2.1.2 Das Partialmodell des Produktlebenslaufes ..................................... 18

2.1.3 Das Partialmodell der Produktentwicklung ....................................... 24

2.2 Das Verständnis der Nachhaltigkeit ............................................................ 28

2.2.1 Die Dimensionen der Nachhaltigkeit ................................................ 31

2.2.1.1 Die ökologische Dimension ......................................................................................... 32

2.2.1.2 Die ökonomische Dimension ....................................................................................... 34

2.2.1.3 Die gesellschaftliche Dimension ................................................................................. 38

2.2.2 Beeinflussbarkeit und Antizipierbarkeit der Nachhaltigkeit ............... 44

2.3 Anforderungen an eine Methodik der Entwicklung nachhaltiger Produkte .. 47

3 Das Modell für die Entwicklung nachhaltiger Produkte ................................ 52

3.1 Das Partialmodell der Technosphäre .......................................................... 54

3.1.1 Die Rohstoffgewinnung .................................................................... 58

3.1.2 Die Verarbeitungsprozesse .............................................................. 59

3.1.3 Bearbeitungsprozesse ...................................................................... 59

3.1.4 Nutzung ............................................................................................ 60

3.1.5 Beseitigung....................................................................................... 61

3.2 Das Partialmodell der Nachhaltigkeit aus Sicht der Produktentwicklung..... 62

3.2.1 Das Partialmodell der Ökosphäre ..................................................... 65

3.2.2 Die Partialmodelle der Ökonosphäre ................................................ 70

3.2.2.1 Das Partialmodell der produktentwicklungsnahen Ökonosphäre ............................... 71

3.2.2.1.1 Das Partialmodell der Kosten während des Entstehungszyklus ............................ 72

3.2.2.1.2 Das Partialmodell des Umsatzes während des Marktzyklus .................................. 75

3.2.2.2 Das Partialmodell der Ökonosphäre des Kunden für Investitionsgüter ...................... 77

3.2.2.3 Das Partialmodell der Ökonosphäre des Kunden für Konsumgüter ........................... 79

3.2.2.4 Das Partialmodell der Ökosphäre des Beschaffungsmarktes..................................... 80

3.2.2.5 Das Partialmodell der Ökonosphäre der Beseitigungswirtschaft ................................ 81

3.2.3 Das Partialmodell der Soziosphäre .................................................. 82

4 Die Methodik der Nachhaltigkeitsbilanz .......................................................... 85

4.1 Definition des Zieles und des Untersuchungsrahmens ............................... 86

4.2 Antizipieren der Transformationssysteme ................................................... 87

4.3 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte ............................................... 88

V

4.3.1 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte aus der Fabrikation ..... 89

4.3.1.1 Synthese der ökologischen Indikatorwerte aus der Fabrikation ................................. 89

4.3.1.2 Synthese der ökonomischen Indikatorwerte aus der Fabrikation ............................... 92

4.3.1.3 Synthese der gesellschaftlichen Indikatorwerte aus der Fabrikation .......................... 93

4.3.2 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte aus der Nutzung.......... 95

4.4 Analyse ....................................................................................................... 96

4.5 Operationalisierung ..................................................................................... 98

5 Die Nachhaltigkeitsbilanzierung am Beispiel der alternativen Verwendung

von Neuschrott ...................................................................................................... 102

5.1 Ausgangssituation der Produktentwicklung ............................................... 102

5.2 Exkurs: Rechtliche Rahmenbedingungen der alternativen Verwendung... 107

5.3 Exkurs: Eine Methode des Antizipierens alternativer Verwendungen ....... 111

5.4 Anwendung der Methodik der Nachhaltigkeitsbilanzierung ....................... 112

5.4.1 Das Ziel und der Untersuchungsrahmen ........................................ 112

5.4.2 Antizipieren der Transformationssysteme ...................................... 114

5.4.2.1 Antizipieren der Referenz .......................................................................................... 114

5.4.2.2 Antizipieren der alternativen Verwendung ................................................................ 121

5.4.3 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte ................................... 122

5.4.3.1 Kostensenkungspotenzial für die produktentwicklungsnahe Ökosphäre .................. 129

5.4.3.2 Nachhaltigkeitsindikatorwerte für das Marketing ...................................................... 130

6 Evaluierung ..................................................................................................... 131

6.1 Die Anwendungsevaluierung .................................................................... 131

6.2 Die Erfolgsevaluierung .............................................................................. 133

7 Zusammenfassung und Ausblick .................................................................. 136

A Anhang ............................................................................................................. 140

A.1 Als Genom modellierte Methodenbeschreibung .................................... 141

A.2 Antizipierte Technosphären in Abschnitt 5.4.2 ...................................... 142

A.3 Berechnungen und Datenbasen ............................................................ 144

A.3.1 Berechnungen zu Abschnitt 5.1 ...................................................... 144

A.3.2 Datenbasis der gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren ...... 148

A.3.3 Synthetisierte Indikatorwerte .......................................................... 149

B Glossar ............................................................................................................. 153

Eigene Veröffentlichungen ................................................................................... 158

Betreute studentische Arbeiten ........................................................................... 159

Literaturverzeichnis .............................................................................................. 161

VI

Abkürzungsverzeichnis

A Ausgang

a. a. O. am angegebenen Ort

AbfRRL Abfallrahmenrichtlinie

abiot. abiotisch

AGWP Absolute Global Warming Potential

AltfahrzeugV Altfahrzeugverordnung

BMUB Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsi-

cherheit

biot. biotisch

Bt-Drs Bundestagsdrucksache

CC Corporate Citizenship

Charak. Charakterisierungsfaktor

CNC Computerized Numerical Control

CSR Corporate Social Responsibility

DATEV

Datenverarbeitungsorganisation der Steuerbevollmächtigten für

die Angehörigen des steuerberatenden Berufes in der Bundesre-

publik Deutschland

DIN Deutsches Institut für Normung

DRM design research methodology

E Eingang

EN Europäische Norm

ezgO einfaches zweidimensionales geometrisches Objekt

Ferz Flacherzeugnis

Ge Geldeinheit

ggf. gegebenenfalls

GoM Grundsätze ordnungsgemäßer Modellierung

GPPe Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung

GRI Global Reporting Initiative

gV Globale Variable

GWP Global Warming Potential

VII

HDI Human Development Index

HGB Handelsgesetzbuch

i. d. R. in der Regel

InsO Insolvenzordnung

ISO International Standard Organisation

k Konzept

LCA life cycle assessment

LCC life cycle costing

MIPS Material-Input pro Serviceeinheit

MIt Material-Intensität

Ns Neuschrott

Nw Nachhaltigkeitsindikatorwert

o Operand

o. V. ohne Verfasser

OECD Organisation for Economic Co-operation and Development

p Prozess

Pkw Personenkraftwagen

ProBas Prozessorientierte Basisdaten für Umweltmanagementsysteme

ProdSG Produktsicherheitsgesetz

Prosa Product Sustainability Assessment

REACH Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemi-

cals

REFA

ehemals Reichsausschuss für Arbeitszeitregelung;

heute Verband für Arbeitsgestaltung, Betriebsorganisation und

Unternehmensentwicklung

S. n. a. Seite nicht angegeben

Sp Servopresse

spez. spezifisch

Ss Scherschneiden

TCO Total Cost of Ownership

Tz Tiefziehen

u. a. unter anderem

VIII

v Verfahren

VDEh Verein Deutscher Eisenhüttenleute

VDI Verein Deutscher Ingenieure

VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau

VerpackV Verpackungsverordnung

VI Virtuelles Instrument

VW Volkswagen

Z Zwischen

z. B. zum Beispiel

z. Z. zur Zeit

IX

Kurzfassung/Abstract. Auf den letzten röm. paginierten Seiten kann eine Kurzfassung - bzw. bei Arbeiten in englischer Sprache ein Abstract - stehen (optional).

1

1 Einleitung

Das integrative Modell der nachhaltigen Entwicklung definiert eine gleichzeitige Be-

rücksichtigung der ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Aspekte.1 Die

nachhaltige Entwicklung wird als Prozess verstanden, der sowohl die Ressourcennut-

zung, die Investmentpolitik als auch die technologische und institutionelle Entwicklung

wie auch die sich ändernden Bedürfnisse der Menschen verknüpft und berücksichtigt.2

Ein ganzheitlich nachhaltiger Entwicklungsprozess erfolgt unter einer gleichrangigen

und integrativen Berücksichtigung der ökonomischen, ökologischen wie auch der ge-

sellschaftlichen bzw. sozialen Ziele und deren Wechselwirkungen.3 Der integrative

Nachhaltigkeitsgedanke ist erstmals im Brundtland-Bericht der Weltkommission für

Umwelt und Entwicklung der Vereinten Nationen konzipiert worden.4 Neben dem Ge-

danken der Generationengerechtigkeit wird der erste Grundstein für das integrative

Modell der drei Dimensionen der nachhaltigen Entwicklung gelegt.5 Die Vereinten Na-

tionen definieren 17 Ziele einer nachhaltigen Entwicklung6, die durch weitere Unter-

ziele detailliert werden.7 Eine nachhaltige Entwicklung verfolgt global8 Ziele wie die

Armutsbekämpfung9, das Verhindern von Mangelernährung10, den Schutz von Öko-

systemen11 oder die Förderung einer produktiven Vollbeschäftigung12. Die Nachhaltig-

keit ist der durch das Erfüllen der Ziele der nachhaltigen Entwicklung erreichte Zu-

stand.13 Dieses Verständnis einer nachhaltigen Entwicklung wird auf die Entwicklung

nachhaltiger Produkte14 übertragen. Nachhaltige Produkte erfüllen die Bedürfnisse der

heutigen Generation, ohne die Möglichkeit der Bedürfnisbefriedigung nachfolgender

Generationen einzuschränken.15 Während der Entwicklung nachhaltiger Produkte wird

ein Kompromiss16 zwischen ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen bzw.

sozialen Produktwirkungen während des gesamten Produktlebenslaufes gefunden.17

Die Aufgabe der Produktentwicklung liegt darin, die Wirkung des realen Produktes auf

die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit entsprechend dem Kompromiss durch Ent-

scheidungen zu beeinflussen. Dadurch wird der gesamte Produktlebenslauf und seine

1 Kopfmüller 2007, S. 17 2 World Commission on Environment and Development 1987, Kap. I Abs. 30 3 Vertrag von Amsterdam, Art. 1 Abs. 2; Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages 2004, S. 2; En-quete-Kommission 1998, S. 18 4 Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages 2004, S. 1 5 World Commission on Environment and Development 1987, S. Kap. I Abs. 27 6 Die nachhaltige Entwicklung ist nicht mit der Entwicklung nachhaltiger Produkte oder der nachhaltigen Produkt-entwicklung zu verwechseln. 7 United Nations 2014, S. 10ff.; Mengel et al. 2015, S. 15ff. analysieren und beurteilen die definierten Ziele. 8 Global bedeutet, dass diese Ziele für die gesamte Erde mit ihren Gesellschaften, Volkswirtschaften und Ökosys-temen definiert werden. 9 United Nations 2014, S. 11 10 United Nations 2014, S. 11f. 11 United Nations 2014, S. 19ff. 12 United Nations 2014, S. 15f. 13 Grunwald und Kopfmüller 2006, S. 7 14 In der Literatur wird häufig von einer nachhaltigen Produktentwicklung gesprochen, was einen ökologischen, ökonomischen und sozialen Produktentwicklungsprozess suggeriert. Mit der nachhaltigen Produktentwicklung ist zwar die Entwicklung nachhaltiger Produkte gemeint, was jedoch sprachlich irreführend ist. 15 Ponn und Lindemann 2008, S. 256; Jäger 2007, S. 132 16 Birkhofer et al. 2012, S. 563 sprechen von einem Optimum. 17 Birkhofer et al. 2012, S. 563

2

Wirkung auf die Dimensionen der Nachhaltigkeit beeinflusst.18 Die Wirkung der Teil-

prozesse des Produktlebenslaufes über die Entscheidungen während des Produktent-

wicklungsprozesses auf den nachhaltigen Zustand abzuschätzen, ist nicht trivial. Das

liegt zum einen an dem sogenannten Dilemma der Produktentwicklung.19 Auf der einen

Seite wird zu Beginn der Produktentwicklung ein Klären der Aufgabenstellung mit an-

schließender Synthese der Produktanforderungen durchgeführt. Die erfassten Anfor-

derungen legen den Rahmen sinnvoller Lösungsmöglichkeiten für das zu entwickelnde

Produkt20 ohne einen nennenswerten Informationszuwachs fest.21 Auf der anderen

Seite nehmen mit voranschreitender Konkretisierung des zu entwickelnden Produktes

der Gestaltungsspielraum bzw. die Änderungsmöglichkeiten mit steigendem Informa-

tionszuwachs ab.22 Nach ZÜST kann das Dilemma der Produktentwicklung auch auf

Umweltaspekte übertragen werden.23 Während die Antizipierbarkeit der Umweltwir-

kung eines zu entwickelnden Produktes mit steigender Konkretisierung zunimmt, sin-

ken die Einflussmöglichkeiten auf die Umweltwirkung der antizipierten Lebenslaufpro-

zesse. Zum anderen steht der Produktentwicklung eine Vielzahl unterschiedlicher Mo-

delle und Methoden zur Abschätzung der Wirkung der Entscheidungen auf die Nach-

haltigkeit eines zu entwickelnden Produktes zur Verfügung. Das Modell zur Bilanzie-

rung der Umweltwirkung mithilfe der Ökobilanz nach DIN EN ISO 14040 bzw. 14044

basiert auf Materialflüssen.24 Ökonomische Kalkulationsmethoden wie die Material-

kostenmethode oder die Ähnlichkeitskalkulation ziehen bestehende Produkte zur Ab-

schätzung der Produktkosten heran.25 Sozialbilanzen sind aufgrund der Datenlage,

der fehlenden Modelle und der Anzahl an möglichen Sozial-Indikatoren schwer durch-

zuführen.26 Aufgrund des weitgehend abstrakten Leitbildes der nachhaltigen Entwick-

lung gestaltet sich die Umsetzung einer Nachhaltigkeitsbilanzierung auf der Produkt-

ebene schwierig.27

Somit fehlt ein einheitliches Verständnis der Nachhaltigkeit von zu entwickelnden Pro-

dukten auf Grundlage eines einheitlichen und konsistenten Modelles. Das liegt nicht

ausschließlich am fehlenden Verständnis des Einflussbereiches des Produktentwick-

lers auf die Nachhaltigkeit von Prozessen. Es fehlen Modelle zum Verständnis des

Nachhaltigkeitsmodelles aus Sicht der Produktentwicklung an sich. So wird die Ent-

18 VDI 2243, S. 2; Birkhofer et al. 2012, S. 566 beziehen sich auf die ökologische Dimension 19 Curtius 1995, S. 90; Ehrlenspiel et al. 2013, S. 11; Wübbenhorst 1986, S. 88 bezeichnet die Diskrepanz zwischen den verfügbaren Informationen als Entscheidungsgrundlage und der Möglichkeit der Beeinflussung als charakte-ristisches Problem des Produktlebenszyklus. 20 Mit dem Terminus des zu entwickelnden Produktes wird verdeutlicht, dass das Produkt während der Produktent-wicklung nicht real bzw physisch sondern virtuell in Form von Produktmodelle unterschiedlicher Konkretisierung vorliegt. Das reale Produkt wird entsprechend dem Verständnis als absetzbares Erzeugnis als Produkt bezeichnet. 21 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 39ff., in der Produktmodellpyramide wird den Anforderungen kein Informa-tionszuwachs durch eine Kante der Grundfläche zugewiesen. 22 Curtius 1995, S. 90 23 Züst 1998, S. 174; Lang-Koetz et al. 2006, S. 419f. 24 DIN EN ISO 14040, S. 10ff.; Müller und Schneidewind 2008, S. 170 25 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 457ff. 26 u. a. Dubielzig 2009, S. 13ff.; Grießhammer et al. 2007, S. 174f.; Kloepffer 2008, S. 89 27 Griesshammer et al. 2004, S. 43f.; Rat für Nachhaltige Entwicklung 2004, S. 24

3

wicklung nachhaltiger Produkte mit der Maßnahme der Ressourcenschonung gleich-

gesetzt.28 Eng mit der Interpretation der Nachhaltigkeit über die Ressourcenschonung

sind die ökologischen Strategien Effizienz, Konsistenz und Suffizienz zum Erreichen

eines nachhaltigen Zustandes verbunden.29 Viele Ansätze nehmen zur Bewertung von

zu entwickelnden Produkten und Konzepten formal Bezug auf die Nachhaltigkeit, be-

nutzen den Begriff ausschließlich als Schlagwort und beschränken sich bei der Be-

trachtung auf ökologische Aspekte.30 Beispielsweise nehmen PONN UND LINDEMANN bei

ihren Ausführungen zur Entwicklung nachhaltiger Produkte ausschließlich Bezug auf

die ökologischen Aspekte.31 ALLWOOD ET AL. gehen bei ihrer Betrachtung nachhaltiger

Materialien ausschließlich auf die Umweltwirkung ein.32 VDI 4800 sieht in den unter-

nehmensspezifischen Motiven eines ressourceneffizienten Handelns u. a. die „Einfüh-

rung eines Umwelt-/Nachhaltigkeitsmanagementsystems“33 und die „Herausgabe

eines Umwelt-/Nachhaltigkeitsberichts“34.35 Zudem sind vorhandene ganzheitliche Me-

thoden bzw. Methodiken nicht während der Produktentwicklung anwendbar. Beispiels-

weise ist die Methodik Product Sustainability Assessment (Prosa) ausschließlich für

die Analyse und Bewertung von bestehenden Produktportfolios, Produkten und Dienst-

leistungen im Vorfeld der eigentlichen Produktentwicklung geeignet.36 Sie verwenden

vorhandene Methodiken oder Vorgehen wie die Ökobilanz oder die Lebenszyklus-Kos-

ten-Rechnung,37 die nicht für den Einsatz während der Produktentwicklung konzipiert

worden und entsprechend nicht uneingeschränkt geeignet sind. YUN-HEE ET AL. defi-

nieren in ihren Leitlinien zur Entwicklung nachhaltiger Produkte Produktmerkmale wie

einen für jedermann erschwinglichen Produktpreis, die Produktästhetik, die Verwend-

barkeit des Produktes und die Verwendung von inländischen Materialien für das Pro-

dukt.38 Somit fehlt ein konsistentes und an die Produktentwicklung angepasstes

Daten-, Modell- und Methodenwissen zur Umsetzung der Entwicklung nachhaltiger

Produkte unter Berücksichtigung aller drei Dimensionen.

1.1 Zielsetzung der Arbeit

Die Intention dieser Arbeit setzt an dem in Abschnitt 1 hergeleiteten fehlenden Daten-,

Modell- und Methodenwissen zur Entwicklung nachhaltiger Produkte an. Die Grundla-

gen zur Analyse der Nachhaltigkeit von Produkten bilden die zur Verfügung stehenden

28 Jäger 2007, S. 132; Pufé 2012a, S. 13 29 Otto 2007, S. 50ff. 30 Rüdenauer et al. 2002, S. 3ff.; im englischsprachigen Raum werden nach McLennan 2004, S. 1ff. sustainable design mit environmental design gleichgesetzt. 31 Ponn und Lindemann 2011, S. 273ff. 32 Allwood et al. 2014, S. 2ff, insbesondere Allwood et al. 2014, S. 19 33 VDI 4800 Blatt 1, S. 7 34 VDI 4800 Blatt 1, S. 7 35 Nach o. V. 2006, § 106 kennzeichnet der Schrägstrich „die Angaben mehrerer (alternativer) Möglichkeiten im Sinne einer Verbindung mit und, oder, bzw., bis oder dergleichen […].“ Die Verknüpfung des Umweltmanagement-systems und des Nachhaltigkeitsmanagementsystems bzw. Umweltberichts und des Nachhaltigkeitsberichts über einen Schrägstrich widerspricht der Tatsache, dass die Umweltaspekte einer echten Teilmenge der Nachhaltigkeit entspricht. 36 Grießhammer et al. 2007, S. 50ff. 37 Klöpffer 2003, S. 158f. 38 Yun-hee et al. 2009, S. 3

4

Informationen bzw. Daten entsprechend dem Konkretisierungsgrad des zu entwickeln-

den Produktes während der Produktentwicklung. Die elementaren Konstruktionseigen-

schaften bzw. die unabhängigen Eigenschaften39 eines zu entwickelnden Produktes

wie die Art des Werkstoffes oder das Nennmaß bedingen nicht nur die Produkteigen-

schaften für den Einsatz. Von ihnen sind auch die wirtschaftlichen Eigenschaften, die

Wirkung auf die Umwelt sowie die auf die Gesellschaft abhängig. Um die von der Pro-

duktentwicklung festgelegten unabhängigen Eigenschaften in die abhängigen Nach-

haltigkeitseigenschaften zu individualisieren, sind entsprechende Modelle erforderlich.

Die Kombination aus den vorhandenen Daten der jeweiligen Produktkonkretisierung

und diesen Modellen zur Individualisierung dieser Daten bildet ein Vorgehen in Form

einer Methode ab. Dadurch wird eine für die Wirkungsabschätzung des Produktes auf

die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit redundante und aufwendige Datenerhebung

vermieden. Das Ziel dieser Arbeit lässt sich durch die Erarbeitung einer produktent-

wicklungsbegleitenden Methodik zur Abschätzung der Wirkung des zu entwickelnden

Produktes auf die Nachhaltigkeit entlang des gesamten Produktlebenslaufes zusam-

menfassen. Dabei müssen insbesondere die Modelle und das Vorgehen an Gegeben-

heiten der Produktentwicklung angepasst sein. Zur Abschätzung der Wirkung eines zu

entwickelnden Produktes auf die Dimensionen der Nachhaltigkeit werden ausschließ-

lich relevante Indikatoren und Kennzahlen herangezogen, „[…] die von den variierten

Aktionsparametern funktional abhängig sind“40. Aspekte bzw. Aktionsparameter, die

durch die Produktentwicklung über unabhängige bzw. abhängige Eigenschaften nicht

antizipierbar bzw. beeinflussbar sind, werden in dieser Arbeit nicht betrachtet.

1.2 Exkurs: Zusammenhang zwischen Modellen und Methoden

Entsprechend dem Titel der Arbeit wird ein methodischer, also ein in Modellen und

Vorgehen konsistenter und durchgehender, Ansatz der Nachhaltigkeitsbilanz ange-

strebt. Allgemein sind Modelle pragmatische Abbildungen. Eine Methode ist ein Vor-

schlag einer Abfolge von Arbeitsschritten zur Lösung von Problemen.41 Sie entspricht

einem Vorgehen mit auf das Vorgehen angepassten Modellen zur Problemlösung.42

Die Methode repräsentiert einen durchzulaufenden Prozess.43 Demzufolge ist zur Er-

arbeitung eines methodischen Ansatzes der logische Zusammenhang zwischen dem

Modell und dem dazugehörigen Vorgehen einer Methode zu klären.

Allgemein sind Modelle pragmatische Abbildungen. Dieses durch STACHOWIAK be-

schriebene Abbildungsmerkmal eines Modelles spiegelt den Zusammenhang zu

39 Hubka 1973, S. 79f.; Hubka 1973, S. 67 versteht unter den elementaren Konstruktionseigenschaften „ […] die Mittel des Konstrukteurs, mittels deren er alle anderen Eigenschaften [eines Produktes] erzielt.“; Hubka 1984, S. 101, Ponn und Lindemann 2011, S. 133, Birkhofer und Wäldele 2008, S. 22ff., sinngleich auch in Gramlich 2013, S. 121 und VDI 2223, S. 12ff. bezeichnen die elementaren Konstruktionseigenschaften als unabhängige Eigen-schaften, die die abhängigen Eigenschaften eines Produktes bedingen. Im Folgenden wird nur noch die Termino-logie der unabhängigen Eigenschaften als Synonym der elementaren Konstruktionseigenschaften verwendet. 40 In Anlehnung an die Definition von relevanten Kosten nach Kilger et al. 2012, S. 167. 41 Pólya 1971, S. xvi–xvii; Pólya 1971, S. 21; Pólya 1971, S. 172; Pólya 1971, S. 219; sinngleich Lindemann 2007, S. 331; Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 748; 42 Lindemann (2007), S. 59 43 Berger 2004, S. 36ff.

5

einem Original wider, wobei das Original auch ein Modell sein kann.44 Das Modell er-

fasst nicht alle Eigenschaften des Originales und verkürzt dieses. Das Verkürzungs-

merkmal beschreibt die Betrachtung von Problemen durch getroffene Annahmen und

gesetzte Systemgrenzen zur zweckmäßigen Verkürzung des Originales auf das We-

sentliche.45 Modelle sind ausschließlich für den gewählten Ausschnitt gültig und er-

möglichen gültige Aussagen für den jeweiligen Zweck (pragmatisches Merkmal).46 Sie

werden sowohl zur Synthese47 als auch zur Analyse genutzt. Modelle genügen den

Anforderungen an die empirische und formale Richtigkeit, an die Anwendbarkeit in Be-

zug auf brauchbare Ergebnisse, an die Handhabbarkeit und den Aufwand.48 Dabei

werden nach DIN EN ISO 19439 unterschiedliche Modellspezialisierungsebenen

unterschieden (vgl. Bild 1-1).49

Generisches Modell

Datenbasis Partialmodell Individual-

modell

Bild 1-1: Modellspezialisierungsebenen und ihr Zusammenhang

Das generische Modell50 stellt ein Grundkonstrukt und formale Komponenten für eine

systematische Modellierung bereit.51 Beispielsweise wird die Darstellung der Produkte

über Partialmodelle durch verbale Formulierungen, Formeln, Symbole oder durch eine

Kombination aus diesen festgelegt. Das generische Modell wird über einen bestimm-

ten Problemtyp über die Definition generischer Elemente zum Partialmodell52 spezia-

lisiert.53 Es werden verwendbare Elemente wie Variablen oder die Syntax vorgegeben,

wobei Partialmodelle54 durch weitere Partialmodelle spezialisiert werden können. Eine

Spezialisierung des Partialmodelles erfolgt über die Veränderung der Abbildungsmerk-

male, Verkürzungsmerkmale und/oder der Merkmale des Pragmatismus. Ein Beispiel

stellt die Abbildung der Teilprozesse der Produktentwicklung als Partialmodell dar, die

je nach Konstruktionsart spezialisiert werden kann. Nach VDI 2210 werden für Neu-

konstruktionen die Teilprozesse des Planens, des Konzipierens, des Entwerfens und

des Ausarbeitens durchlaufen.55 Dieses Partialmodell der Produktentwicklung wird für

eine Anpassungskonstruktion über die Verkürzung des Teilprozesses der Planung

44 Stachowiak 1973, S. 131 45 Stachowiak 1973, S. 132 46 Stachowiak 1973, S. 132f.; Bossel 2004, S. 51 47 Nach Pahl et. al. 2007, S. 75 ist die Synthese „[…] in ihrem Wesenskern Informationsverarbeitung durch Bilden von Verbindungen, durch Verknüpfen von Elementen mit insgesamt neuen Wirkungen und das Aufzeigen einer zusammenfassenden Ordnung.“ 48 Patzak 1982, S. 309f.; siehe auch die Grundsätzen ordnungsmäßiger Modellierung (GoM) nach Becker et al. 1995, S. 437ff. 49 DIN EN ISO 19439, S. 21ff., durch Negele 2014, S. 33ff. auf die Produktentwicklung übertragen. 50 I. d. R. wird bei einer Modellbildung die generische Ebene in der Konstruktionsforschung nicht betrachtet bzw. nicht eindeutig definiert bzw. dokumentiert. Daher wird im Folgenden auf die Betrachtung dieser Ebene verzichtet. 51 Negele 2014, S. 57ff. 52 Dieses hier beschriebene Partialmodell darf nicht mit dem Teilmodell, Untermodell oder Submodell

(„partial model“) nach Anderl und Melk 2005, S. 6f. verwechselt werden. Dort wird das Submodell, beispielsweise

das Modell eines Teilprozesses des Produktlebenslaufes, als Teil eines übergeordnete Modelles, beispielsweise

des Modelles des Produktlebenslaufes, verstanden. 53 Negele 2014, S. 57ff. 54 Speck 1998, S. 10 bezeichnet beispielsweise das Partialmodell zur Modellierung eines Produktes als Produkt-datenmodell. 55 VDI 2210, S. 8

6

spezialisiert.56 Für die Variantenkonstruktion durchläuft die Produktentwicklung aus-

schließlich die Teilprozesse des Entwerfens und des Ausarbeitens.57 Ein weiteres Bei-

spiel stellt die Polynomfunktion f(x) = mx + b als Partialmodell dar. Bei dieser Funktion

ersten Grades ist die Steigung m unabhängig von der Variablen x. Sowohl die Stei-

gung m als auch die Konstante b als Nullpunktverschiebung können durch weitere

Partialmodelle individualisiert werden. Somit kann diese Polynomfunktion als Partial-

modell zu dem Partialmodell des Hookeschen Gesetzes oder einzelner Gerade des

Break-even-Diagrammes spezialisiert werden. Bei der Spezialisierung ist stets auf die

Konsistenz der Modellmerkmale zu achten. Das Partialmodell wird spezialisiert auf ein

konkretes Problem angewendet.58 Die verwendbaren Elemente werden anhand der

Datenbasis durch eine Nomenklatur versehen, Variablen durch die Datenbasis indivi-

dualisiert und die Gleichungen gelöst oder die Syntax ausformuliert. Werden in dem

Partialmodell Konstanten benötigt, werden diese durch andere Individualmodelle be-

reitgestellt wie beispielsweise Naturkonstanten oder Charakterisierungsfaktoren (vgl.

Abschnitt 2.2.1.1). Somit dient das Partialmodell einer Individualisierung59 von der

Datenbasis zum Individualmodell60. In Bild 1-1 wird die Abhängigkeit des Partialmo-

delles von der Datenbasis als „durchlässige“ Strichlinie dargestellt. Sie symbolisiert die

Möglichkeit des Einsetzens der Datenbasis in das Partialmodell zur Individualisierung.

Eine Methode schlägt Rahmenbedingungen und Regeln zur Anwendung eines (Par-

tial-) Modelles vor.61 Ausgehend von der durch die Methode vorgegebenen Datenbasis

wird eine Verbindung zu dem Unbekannten bzw. der Problemlösung gesucht.62 Die

Verbindung zwischen der Datenbasis und dem Unbekannten bildet das Partialmo-

dell.63 Somit liegt jeder Methode mindestens ein an die Datenbasis und dem zu lösen-

den Problem angepasstes Partialmodell zugrunde.64 Entsprechend legt die Methode

die Datenbasis und die spätere Darstellung des Individualmodelles fest. Eine Methodik

ist ein „[…] planmäßiges Vorgehen unter Einschluss mehrerer Methoden, Arbeitsmittel

(Hilfsmittel) und Instrumente.“65

Unterschiedliche Methoden können dieselben Partialmodelle verwenden, was an den

Methoden Anforderungsliste und Auswahlliste gezeigt wird. Die Methode Anforde-

rungsliste hat zum Ziel, die Entwicklungsaufgabe in eine für die Produktentwicklung

verwendbare Sprache und Form zu überführen.66 Dabei werden unterschiedliche

56 VDI 2210, S. 8 57 VDI 2210, S. 8 58 Negele 2014, S. 57ff. 59 Unter Berücksichtigung der Methode innerhalb einer Methodik als Prozess, tranformiert das Partialmodell die Datenbasis zu einem Individualmodell. Um die terminologische Abgrenzung zu dem Transformationssystem nach Abschnitt 2.1.1 zu gewährleisten, wird in dieser Arbeit von der Individualisierung der Datenbasis über ein Partial-modell zu einem Individualmodell gesprochen. 60 Speck 1998, S. 10 bezeichnet das Individualmodell als Produktmodell, das durch das Instanziieren des Produkt-datenmodelles erzeugt wird. 61 Berger 2004, S. 188ff. 62 Pólya 1971, S. xvi–xvii 63 Pólya 1971, S. 154f.; Pólya 1971, S. 182 64 Lindemann 2007, S. 58ff. 65 VDI 2223, S. 88 66 Pahl et al. 2007, S. 215

7

Quellen wie Lastenhefte, Kundenbefragungen, Benchmarks oder Normen und Ge-

setze durch die Methode Anforderungsliste vorgegeben. Das Ergebnis der Durchfüh-

rung der Methode ist die Anforderungsliste. Das Individualmodell des zu entwickelnden

Produktes wird über Anforderungen modelliert und bildet eine bestimmte Entwick-

lungsaufgabe in einer Liste aus Merkmalen und Ausprägungen ab.67 Sie repräsentie-

ren die Eigenschaften, die das zu reale Produkt haben soll.

Zur Auswahl von Konzeptvarianten durch die Methode Auswahlliste hinsichtlich des

Kriteriums „Forderung der Anforderung erfüllt“68, sind die Konzeptvarianten analog zu

der Entwicklungsaufgabe in der Form Merkmal mit dazugehöriger Ausprägung darzu-

stellen. Die Kombinationen aus Merkmal und Ausprägung als Konzepteigenschaften

entsprechen den Individualmodellen der Konzeptvarianten. Die Datenbasis bildet das

Ergebnis der Konkretisierung von physikalischen Effekten zu Wirkprinzipien über ab-

hängige durch unabhängige Eigenschaften. Bezüglich des Informationsumfanges und

des Konkretisierungsgrades werden die Merkmale zu den Konzeptvarianten aus Grün-

den der Vergleichbarkeit entsprechend den Merkmalen der Forderungen der Anforde-

rungsliste konkretisiert. Somit liegen den Anforderungen und den Eigenschaften der

Konzeptvarianten das gleiche Partialmodell zugrunde (vgl. Bild 1-2). Das Partialmodell

gibt eine Darstellung der Datenbasis durch eine Syntax aus Merkmal und Ausprägung

hin zu Eigenschaften vor.

Datenbasis Syntax aus

Merkmal und Ausprägung Eigenschaften

Bild 1-2: Das Sprachmodell zur Modellierung von Anforderungen und Eigenschaften von Konzepten

Erst die Methodenbeschreibung legt über die Handlungsanweisungen fest, welche

Datenbasis bzw. welche weiteren Hilfsmittel heranzuziehen und welche Regeln bei der

Durchführung der Methode zu beachten sind.69 Das Eintragen und Sortieren der Merk-

male mit den Ausprägungen in das Formular der Anforderungsliste, die Kategorisie-

rung der Merkmale in Forderungen und Wünsche oder die Anweisung einer lösungs-

neutralen und positiven Formulierung der Anforderungen70 werden beispielsweise

durch die Methode Anforderungsliste vorgegeben.

Für diese Arbeit werden die Anforderungen Konsistenz und Durchgängigkeit an die zu

erarbeitenden Partialmodelle und Methoden gestellt. Konsistenz bedeutet, dass meh-

rere Partialmodelle zur Modellierung desselben Systemes unter verschiedenen Sicht-

weisen keine Unvereinbarkeiten bzw. Widersprüche enthalten dürfen.71 Die Partialmo-

delle sind durch ihren Aufbau und dem dazugehörigen Vorgehen produktentwicklungs-

67 Ponn und Lindemann 2008, S. 35; Zier 2014, S. 95 bezeichnet dieses „„Sammeln von Anforderungen“ als Ele-mentaroperation „Auflisten““ 68 Pahl et al. 2007, S. 163 69 Berger 2004, S. 188ff. 70 Pahl et al. 2007, S. 119; Ponn und Lindemann 2008, S. 39 71 Albers und Lohmeyer 2012, S. 412; Quirmbach 2001, S. 26; Avgoustinov 2007, S. 40ff.

8

begleitend anwendbar, was durch ALBERS UND LOHMEYER als horizontale Durchgängig-

keit („horizontal continuousness“)72 bezeichnet wird.73 Weiterhin ermöglichen Partial-

modelle entsprechend dem Dilemma der Produktentwicklung eine Anpassung der Gra-

nularität und des Detaillierungsgrades bzw. eine Spezialisierung, was als vertikale

Durchgängigkeit („vertical continuousness“)74 bezeichnet wird.

1.3 Vorgehen und Aufbau der Arbeit

Zur wissenschaftlich fundierten Erarbeitung des in Abschnitt 1.1 vorgestellten Zieles

dieser Arbeit stützt sich das Vorgehen auf die von BLESSING UND CHAKRABATI vorge-

stellte Design Research Methodology (DRM). Das Vorgehen der DRM gliedert sich in

die vier Stufen:75

1. Klärung der Forschungsziele

2. Erste deskriptive Stufe

3. Präskriptive Stufe

4. Zweite deskriptive Stufe

Dieses Kapitel 1 deckt nach der DRM die Klärung der Forschungsziele76 ab. In Ab-

schnitt 1 wird der Ist-Zustand und die sich daraus ergebende Notwendigkeit des For-

schungsvorhabens beschrieben. Sie ergibt sich aus der fehlenden konstruktionsme-

thodischen Durchdringung der Entwicklung nachhaltiger Produkte unter Berücksichti-

gung aller drei Dimensionen. In Abschnitt 1.1 wird der Soll-Zustand durch das For-

schungsziel detailliert und es werden Erfolgskriterien beschrieben. Dieser Ab-

schnitt 1.3 beschreibt das Vorgehen und den Aufbau der Arbeit sowie die für diese

Arbeit wichtigen Forschungsdisziplinen.

Kapitel 2 entspricht der ersten deskriptiven Stufe77. Der Fokus liegt sowohl auf der

Literaturaufbereitung zur Vertiefung des Problemverständnisses als auch dem Detail-

lieren des Ist- und des Soll-Zustandes sowie der Erfolgskriterien. In Abschnitt 2.1 wer-

den allgemeingültige konstruktionsmethodische Rahmenbedingungen erarbeitet, die

zum Erreichen des Forschungszieles berücksichtigt werden. Die Produktentwicklung

beeinflusst über die Prozesse des Produktlebenslaufes die Nachhaltigkeit des zu ent-

wickelnden Produktes. Aus diesem Grund werden in Abschnitt 2.1.1 allgemeine kons-

truktionsmethodische Grundlagen und Modelle zur Analyse und Synthese von Prozes-

sen beschrieben. In Abschnitt 2.1.2 werden bestehende Partialmodelle von Produktle-

bensläufen auf ihre Anwendbarkeit für die Entwicklung nachhaltiger Produkte und ihre

Konsistenz bezüglich der Terminologie und der Systematisierung und Granulierung

der Lebenslaufprozesse hin untersucht. Aufgrund des in Abschnitt 1 beschriebenen

72 Albers und Lohmeyer 2012, S. 412 73 Vgl. zum Begriff durchgängiger Modellierung auch Quirmbach 2001, S. 27; Gahr und Lindemann 2004, S. 161; Gausemeier et al. 2008, S. 65 74 Albers und Lohmeyer 2012, S. 412 75 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 14ff. nach u. a.Blessing, Lucienne T. M et al. 1995, S. 52 f 76 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 29ff. 77 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 31ff.

9

fehlenden konstruktionsmethodischen Verständnisses einer Entwicklung nachhaltiger

Produkte wird in Abschnitt 2.2 auf das Nachhaltigkeitsverständnis anderer For-

schungsdisziplinen eingegangen. Dabei wird für die ökologische Dimension in Ab-

schnitt 2.2.1.1 auf das Forschungsgebiet der Umweltwissenschaften und insbeson-

dere auf die Ökobilanz nach DIN EN ISO 14040 bzw. 1404478 zurückgegriffen. Für die

Vertiefung des Verständnisses der ökonomischen Dimension greift Abschnitt 2.2.1.2

auf den Stand der Forschung aus den Bereichen Wirtschafts- und Rechtswissenschaf-

ten zurück. Im Gegensatz zu den anderen beiden Dimensionen ist die gesellschaftliche

Dimension der Nachhaltigkeit inhaltlich nicht ausgestaltet. In Abschnitt 2.2.1.3 wird da-

her ein allgemeines Verständnis auf Grundlage geistes- und sozialwissenschaftlicher

Erkenntnisse erarbeitet. In Abschnitt 2.3, entsprechend den Zielen der ersten deskrip-

tiven Stufe, werden basierend auf den erarbeiteten Ergebnissen Anforderungen an

eine Methodik zur Entwicklung nachhaltiger Produkte dargelegt und darüber Erfolgs-

faktoren beschrieben.

Entsprechend den Zielen der präskriptiven Stufe79 werden in den Kapiteln 3 und 4 Lö-

sungen für die in den vorangegangenen Stufen herausgearbeiteten Probleme vorge-

schlagen. In Kapitel 3 werden die in dieser Arbeit entwickelten konstruktionsmethodi-

schen und allgemeingültigen Partialmodelle des Produktlebenslaufes und der einzel-

nen Dimensionen der Nachhaltigkeit sowohl terminologisch als auch mathematisch

analog zu dem generischen Modellverständnis nach Abschnitt 1.2 hergeleitet. Dabei

wird insbesondere auf den Zusammenhang zwischen dem Antizipieren und Beeinflus-

sen des Produktlebenslaufes durch die Produktentwicklung hinsichtlich der Nachhal-

tigkeitsaspekte eines zu entwickelnden Produktes Augenmerk gelegt. In Kapitel 4 wird

auf Grundlage der erarbeiteten Modelle die tatsächliche Unterstützung („actual sup-

port“)80 für die Entwicklung nachhaltiger Produkte in Form einer Methodik und ihre

Operationalisierbarkeit dokumentiert.

Kapitel 5 und 6 dokumentieren die zweite deskriptive Stufe81 über die Fähigkeit der

bereitgestellten Unterstützung zur Entwicklung nachhaltiger Produkte unter Berück-

sichtigung der drei Dimensionen zum Erreichen des Soll-Zustandes. Da in der Literatur

Vorgehen zur Entwicklung nachhaltiger Produkte unter Berücksichtigung der drei Di-

mensionen gänzlich fehlen und die zweite deskriptive Stufe mithilfe eines Beispieles

initial durchgeführt wird, handelt es sich bei diesem Forschungsprojekt nach BLESSING

UND CHAKRABATI um die Erarbeitung einer Unterstützung („development of support“).82

Da es sich bei dem Forschugsvorhaben nach BLESSING UND CHARABATI um die Erarbei-

78 Wenn im Folgenden von Ökobilanz gesprochen wird, ist die Bilanzierung der Umweltwirkung von Prozessen nach DIN EN ISO 14040 bzw. 14044 gemeint. 79 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 33ff. 80 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 34ff. 81 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 35ff. 82 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 61

10

tung einer Unterstützung handelt, wird die Durchführung einer initialen zweiten de-

skriptiven Stufe („Initial DS-II“)83 zur Evaluierung vorgeschlagen. BLESSING UND CHA-

KRABATI empfehlen als ein geeignetes Vorgehen für die zweite deskriptive Stufe eine

beispielhafte Anwendung der erarbeiteten Unterstützung und die Beantwortung von

Fragen aus der Anwenderperspaktive bzw. aus der Perspektive des Entwicklers der

erarbeiteten Unterstützung.84 In Kapitel 5 wird am Beispiel einer alternativen Verwen-

dung von Metallverschnitt die Grundlage einer Anwendungsevaluierung („application

evaluation“)85 bereitgestellt. Anstatt einer Verwertung durch die Stahlherstellung wird

in dem Beispiel Verschnitt aus der Fertigung zur Substitution von fabrikneuem Flach-

erzeugnis verwendet. Es werden ökologische und ökonomische wie auch gesellschaft-

liche Wirkungen auf die über Materialflüsse des zu entwickelnden Produktes in Ver-

bindung stehende Akteure des Wertschöpfungsnetzwerkes erwartet. In Kapitel 6 wer-

den anhand der beispielhaften Anwendung sowohl eine Anwendungsevaluierung als

auch eine Erfolgsevaluierung („access evaluation“)86 durchgeführt.87

Bild 1-3 stellt eine schematische Kurzusammenfassung der Arbeit dar und ordnet den

vier Stufen der DRM die entsprechenden Kapiteln der Arbeit zu.

Bild 1-3: Schematische Kurzusammenfassung der Arbeit

83 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 195 84 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 208f. 85 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 37ff. 86 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 37 87 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 185f.

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1.2

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1.3

Vorg

ehe

n

1. d

es

kri

pti

ve

Stu

feStand der Forschung

2.1

Produktent-

wicklung

Prozess-

modell

Nachhaltig-

keit

Ergebnis:

Entwicklungsmethodische Rahmenbedingungen

und

Zielsetzung und Erfolgskriterien als Soll-Zustand

Prä

sk

rip

tive

Stu

fe

Entwicklung einer Methodik zur

Nachhaltigkeitsbilanz

3.1 Modell

Produkt-

lebenslauf

4. Vorgehen

Nachhaltig-

keitsbilanz

3.2 Modell

Nachhaltig-

keit

Ergebnis:

Daten-, Modell- und Methodenwissen zum

Antizipieren und Beeinflussen der ganzheitlichen

Nachhaltigkeit von zu entwickelnden Produkten

2. d

es

kri

pti

ve

Stu

fe

2.1.1

Prozess-

modell

2.2

Nachhaltig-

keit

6

Evalu

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end

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7

Zusam

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lick

11

2 Stand der Forschung

In diesem Kapitel wird in Anlehnung an die erste deskriptive Stufe die Literatur aufbe-

reitet. Ziel ist die Erarbeitung des Einflussbereiches der Produktentwicklung über die

Aktionsparameter auf die Entwicklung nachhaltiger Produkte. Es wird der Stand der

Forschung bezüglich der konstruktionsmethodischen Forschung in Kapitel 2.1 wie

auch bezüglich des Verständnisses der Nachhaltigkeit in Kapitel 2.2 beleuchtet und

diskutiert. In Kapitel 2.3 wird das Ergebnis in Form von Anforderungen an eine in Mo-

dellen und Vorgehen konsistente Methodik der Nachhaltigkeitsbilanzierung erarbeitet.

2.1 Das Partialmodell der Ganzheitlichen Produkt- und Prozessentwick-

lung

Das Partialmodell der Ganzheitlichen Produkt- und Prozessentwicklung (GPPe) ist im

Rahmen des Sonderforschungsbereiches 392: Entwicklung umweltgerechter Pro-

dukte – Methoden, Arbeitsmittel und Instrumente entwickelt worden.88 Es stellt den in-

formatorischen Zusammenhang zwischen den Teilprozessen der Produktentwicklung

und denen des virtuellen89 Produktlebenslaufes dar (siehe Bild 2-1).90

Bild 2-1: Der Informationsfluss im Partialmodell der GPPe91

Um dem Prinzip des geschlossenen Produktkreislaufes im Sinne Von der Wiege zur

Wiege (cradle-to-cradle) gerecht zu werden, wird der Verantwortungsbereich der Pro-

88 Anderl und Melk 2005, S. 3ff. 89 virtuell im Sinne von nicht real stattfindend; Birkhofer et al. 2012, S. 566 definieren das Antizipieren von Prozes-sen über das in Betrachtziehen möglicher Prozesse und ihrer Umweltwirkungen während sämtlicher Teilprozesse des Produktlebenslaufes 90 Birkhofer et al. 1998, S. 3 91 Birkhofer et al. 2012, S. 566

12

duktentwicklung von der Fertigung des zu entwickelnden Produktes zu sämtlichen Teil-

prozessen des Produktlebenslaufes angenommen.92 Die primären „klassischen“

Ziele93 der Produktentwicklung sind in der Vergangenheit „[…] eine kostensparende

Herstellung, eine hochwertige Produktqualität und eine termingerechte Verfügbarkeit

des Produktes für den Kunden“94 gewesen. Darunter fallen auch die Kostenanforde-

rungen der Kunden an das Produkt.95 Weiterhin zählt zu den klassischen Zielen einer

Produktentwicklung die Erfüllung der Arbeits-96 und Produktsicherheit.97 Diese klassi-

schen Ziele bzw. die Erfüllung der klassischen Anforderungen durch das Produkt wird

im Folgenden vorausgesetzt.

Entsprechend der Aufgabe werden in jedem Arbeitsschritt der Produktentwicklung die

abhängigen Eigenschaften des zu entwickelnden Produktes synthetisiert. Die Syn-

these der abhängigen Eigenschaften erfolgt durch die unabhängigen Werkstoff- und

Geometrieeigenschaften.98 Die Beeinflussung dieser unabhängigen Eigenschafen ba-

siert auf einer Analyse der Wirkung unterschiedlicher synthetisierter Ausprägungen zu

den synthetisierten Merkmalen des zu entwickelnden Produktes.99 Zur Entwicklung

umweltgerechter Produkte werden beispielsweise mögliche Nutzungsprozesse antizi-

piert, entsprechende Wirkungsindikatorwerte synthetisiert100 und ihre Wirkung über

Wirkungsindikatoren auf die Umwelt analysiert.101 Auf Grundlage der Analyse dieser

Wirkung werden Entscheidungen hinsichtlich der abhängigen und unabhängigen

Eigenschaften entsprechend dem Kriterium der Umweltwirkung getroffen und damit

der Produktlebenslauf beeinflusst.102 Als Kriterien zur Beeinflussung der Eigenschaf-

ten des zu entwickelnden Produktes werden die Anforderungen herangezogen.103 Mit

der gewählten Datenbasis und dem gewählten Partialmodell ändern sich die Merkmale

des zu entwickelnden Produktes und/oder die Ausprägungen und damit der Produkt-

lebenslauf. Der Einflussbereich der Produktentwicklung beschränkt sich nach diesem

Verständnis des Antizipierens und Beeinflussens auf von der Produktentwicklung mög-

lichen zu treffenden Entscheidungen (Aktionsparameter, vgl. Abschnitt 1.1). Ihre Wir-

kung auf den Produktlebenslauf und damit auf die Nachhaltigkeit des zu entwickelnden

Produktes wird während der Produktentwicklung analysiert. Die Möglichkeit des Anti-

92 Winkler et al. 2000, S. Abschnitt 2.1/Seite 2ff. 93 In Anlehnung an Niemann 2009, S. 226 werden in dieser Arbeit „[…] die klassischen Anforderungen als selbst-verständliches Muss […]“ angesehen. Unter klassischen Zielen/Anforderungen der Produktentwicklung werden sämtliche Eigenschaften des zu entwickelnden Produktes verstanden, die unabhängig von dem Nachhaltigkeitsge-danken bereits zum Stand der Forschung und Technik gehören. Dazu zählen auch gesetzliche Anforderungen und Pflichten. 94 Niemann 2009, S. 226 95 Ishioka und Yasuda 2009, S. 1699ff. 96 Pahl et al. 2007, S. 350ff.; Hubka 1976, S. 65 97 Hubka 1973, S. 48 98 VDI 2223, S. 12ff. 99 VDI 2221, S. 3 100 Entsprechend dem Modellverständnis nach Abschnitt 1.2 entspricht die Synthese der Individualisierung eines Partialmodelles zu einem Individualmodell. 101 DIN EN ISO 14044, S. 37ff. 102 Birkhofer et al. 1998, S. 3; Gleich 1996, S. 38 überträgt dieses Vorgehen auf eine kostengünstige Produktent-wicklung. 103 VDI 2221, S. 4 beschreibt diesen Prozess mit dem systemtechnischen Vorgehensmodell.

13

zipierens der Folgen von Entscheidungen der Produktentwicklung auf den Produktle-

benslauf ist eine notwendige Voraussetzung zum Beeinflussen hinsichtlich definierter

Kriterien, beispielsweise der Anforderungen. Andernfalls wird in dieser Arbeit von einer

Festlegung gesprochen. Sie unterscheidet sich von dem Beeinflussen dahingehend,

dass Entscheidungen nicht auf Grundlage von antizipierten Folgen derselben getroffen

werden.

Zum einen ist aufgrund des Dilemmas der Produktentwicklung (vgl. Abschnitt 1) die

Beeinfluss- bzw. Antizipierbarkeit der Lebenslaufprozesse von dem Konkretisierungs-

grad des Produktes während der Produktentwicklung und den jeweils verwendeten

Produktmodellen der einzelnen Arbeitsschritte abhängig.104 So werden zwischen der

Produktion und der Produktentwicklung erst während des Entwurfsprozesses Informa-

tionen bezüglich des fertigungs- und montagegerechten Gestaltens sowie der Wahl

geeigneter Werkstücke oder -stoffe ausgetauscht.105 Während früherer Arbeitsschritte

der Produktentwicklung erlauben die durch die Produktmodelle vorgegebenen beein-

flussbaren Merkmale des zu entwickelnden Produktes – aufgrund von Verkürzungen –

keine Beeinflussung von fertigungstechnischen oder montagegerechten Eigenschaf-

ten. Beispielsweise liegt als Ergebnis des Konzipierens das zu entwickelnde Produkt

in Form einer Prinzip- bzw. Strichskizze vor.106 Zum anderen ist die Beeinfluss- bzw.

Antizipierbarkeit von Lebenslaufprozessen von dem organisatorischen107 bzw. infor-

matorischen Abstand zwischen der Produktentwicklung und dem Lebenslaufprozess

abhängig.108 Im Partialmodell der GPPe ist nach GRÜNER die organisatorische Nähe

zwischen der Produktentwicklung und der Produktion im geringen informatorischen

Abstand begründet, was in Bild 2-1 durch den Pfeil von der Prozesskette der Produkt-

entwicklung hin zur Produktion symbolisiert wird.109 Die Prozesse des Produktlebens-

laufes mit organisatorischer Nähe und geringem informatorischen Abstand zur Pro-

duktentwicklung werden im Folgenden produktentwicklungsnahe Lebenslaufprozesse

genannt. Sie unterscheiden sich durch die detaillierte Antizipierbarkeit von Lebenslauf-

prozessen im Vergleich zu den produktentwicklungsfernen Lebenslaufprozessen mit

der organisatorischen Ferne und dem größeren informatorischen Abstand. Die pro-

duktentwicklungsfernen Lebenslaufprozesse sind beispielsweise die Werkstoffherstel-

lung oder Nutzung. Sie sind in Bild 2-1 nicht über einen Pfeil mit der Produktentwick-

lung verbunden. Aus dem Grund beschränkt ROSEMANN den Grundgedanken der

GPPe der Beeinfluss- und Antizipierbarkeit von Lebenslaufprozessen auf den produkt-

entwicklungsnahen Produktionsprozess.110

104 Joos-Sachse 2006, S. 311f. 105 Andreasen et al. 1987, S. 17 106 VDI 2223, S. 17; Roth 2000, S. 376 107 Die Ausprägung der Organisationseinheit kann unterschiedlich sein. Die Produktentwicklung kann als Unterneh-mensbereich innerhalb der Organisationseinheit eines Unternehmensstandortes oder über verschiedene Standorte eines Unternehmens hinweg angegliedert sein. Bei der Produktentwicklung als externe Dienstleistung – in dem Fall gehört die Produktentwicklung nicht dem gleichen Unternehmen wie die Produktion an – wird die Organisations-einheit über das Produkt definiert. 108 Sarnes und Kloberdanz 2013, S. 3ff. 109 Grüner 2001, S. 46 110 Rosemann 2012, S. 1004

14

Somit ist die Qualität der Antizipier‑ und damit der Beeinflussbarkeit von Produktle-

benslaufprozessen zum einen von dem betrachteten Teilprozess des Produktlebens-

laufes und zum anderen von dem jeweiligen Teilprozess der Produktentwicklung ab-

hängig.

2.1.1 Das Partialmodell der Prozesse

Sowohl der Produktlebenslauf als auch die Produktentwicklung werden als Prozess-

kette verstanden. Sie werden dem Modellbegriff entsprechend zweckmäßig und pro-

blemorientiert dargestellt (vgl. Abschnitt 1.2). Sie lassen sich in ihrer bekannten Dar-

stellung bis auf die Ebene von Grundverfahren im Produktlebenslauf111 und von Ge-

nomen im Produktentwicklungsprozess112 herunterbrechen. Es ergeben sich unter-

schiedliche Partialmodelle, die sich nach der Problemstellung differenzieren. Zur Do-

kumentation von Prozessen stehen entsprechend unterschiedliche generische Mo-

delle zur Darstellung und Notation zur Verfügung.113 Im Prozessmanagement kommen

Porter-Ketten, Wertschöpfungskettendiagramme, Flussdiagramme oder objektorien-

tierte Modelle zum Einsatz.114 Dem Projektmanagement steht mit der DIN-

Reihe 69901 eine genormte Methodik zur Organisation und Dokumentation von Pro-

jekten zur Verfügung.115

Zur Darstellung ablauforientierter Prozesse wie dem Produktentwicklungsprozess wer-

den ebenfalls partiale Prozessmodelle verwendet.116 Es gibt keine einheitlichen Par-

tialmodelle. In der GPPe ist der Produktentwicklungsprozess als reines Flussmodell

dargestellt (vgl. Bild 2-1). VDI 2221 schlägt eine vereinfachte ergebnisgesteuerte Pro-

zesskette mit der Möglichkeit von Iterationsschleifen vor.117 Bei der Betrachtung der

Entwicklungszeit, beispielsweise bei der verteilten gleichzeitigen Entwicklung, wird die

Prozesszeit mit im Partialmodell berücksichtigt.118

Die Partialmodelle sowohl des Prozess- und des Projektmanagements als auch des

Produktlebenslaufes stellen Prozesse abstrakt auf einer Metaebene als Blackboxen

dar. Zur Synthese von Nachhaltigkeitsindikatoren und der Nachhaltigkeitsanalyse an-

hand antizipierter technischer Prozesse des Produktlebenslaufes während der Pro-

duktentwicklung reicht eine Modellierung von Prozessen über Blackboxen nicht aus.

111 Blass und Hampe 1989, S. 14 112 Zier 2014, S. 77ff. 113 Gadatsch 2012, S. 63ff. 114 Koch 2011, S. 47ff.; Bundesverwaltungsamt 2013, S. 5ff. 115 DIN 69901 Blatt 2, S. 5 116 Pahl et al. 2007, S. 769 117 VDI 2221, S. 9 118 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 288f.; Winner et al. 1988, S. 12

15

Technische Prozesse sind mit Umweltwirkungen und Kosten verbunden bzw. verursa-

chen diese.119 Sie werden in der Nutzung beispielsweise durch die abhängigen Eigen-

schaften120 des Produktes verursacht.121 Entsprechend ist eine detailliertere Modellie-

rung der Prozesse zur Abschätzung ihrer Wirkung auf die Nachhaltigkeit erforderlich.

Zur Modellierung technischer Prozesse werden unterschiedliche Partialmodelle mit

den dazugehörigen Methoden verwendet, z. B. die Structured Analysis and Design

Technique, Petri-Netze oder Netzplantechniken.122 In den Konstruktionswissenschaf-

ten, insbesondere bei Nachhaltigkeitsbetrachtungen, hat sich das Prozessmodell123

nach HEIDEMANN durchgesetzt (siehe Bild 2-2).124

Bild 2-2: Das Partialmodell eines Prozesses nach HEIDEMANN125

Das Prozessmodell ist sowohl für die Analyse als auch die Synthese126 und damit auch

zum Beeinflussen und Antizipieren technischer Prozesse des Produktlebenslaufes

während der Produktentwicklung geeignet. Das Transformationssystem wird über die

Merkmale Prozess, Verfahren, Arbeitsmittel bzw. Operator und den verschiedenen

Flüssen und Größen beschrieben.

119 DIN EN ISO 14040, S. 26ff.; DIN EN ISO 14051, S. 10ff.; Grüner 2001, S. 5; Dannheim 1999, S. 11; Atik 2001, S. 3 120 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 31 benutzen den Begriff der Relationsmerkmale und definiert sie in Anleh-nung an DIN 2330, S. 8 implizit über die Beschaffenheitsmerkmale „[…] von denen alle Eigenschaften eines Pro-dukts (Funktions- und Relationsmerkmale) abhängen.“ Aus Gründen der Konsistenz zu den vorherigen Abschnitten wird hier wegen der terminologischen Analogie zwischen Relationsmerkmalen und abhängigen Eigenschaften der Terminus der abhängigen Eigenschaften verwendet. 121 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 31 122 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 22 123 Das Prozessmodell nach HEIDEMANN entspricht nach Abschnitt 1.2 einem Partialmodell. Es dient zur weiteren Spezialisierung der Teilprozesse des Produktlebenslaufes nach der GPPe. 124 Rath 2014, S. 28f.; Zhao 2013, S. 66 125 Heidemann 2001, S. 76 126 Heidemann 2001, S. 2

16

Unter einem technischen Prozess wird die zeitliche zweckdienliche Transformation

von Materialien, Energien und/oder Signalen in Form von Informationen127 als Ope-

randen von einem Eingangszustand (ZE) durch eine Wirkgröße in einen Ausgangszu-

stand (ZA) innerhalb eines Transformationssystemes verstanden.128 Der Operator stellt

durch eine Transformation von Eingangsgrößen die Wirkgrößen bereit.129 Er ist ein

technisches System, eine Wirkumgebung oder ein Mensch.130 Eingangsgrößen sind

zur zweckdienlichen Änderung eines Operanden innerhalb des Transformationssyste-

mes131 erforderlich.132 Abhängig vom betrachteten Operanden sind Energien bzw.

Energieträger, Hilfs- bzw. Betriebsstoffe und Informationen bzw. Signale Eingangsgrö-

ßen. Die Wirkgröße bewirkt energetisch die gewollte Transformation des Operanden

und wird auch als Nutzenergie bezeichnet.133 Prozesse sind eine abstrakte Beschrei-

bung gewünschter Zustandsänderungen und werden durch Verfahren realisiert.134 Die

sprachliche Verknüpfung des Wirkprinzips eines Operators zur Bereitstellung der Wirk-

größe mit einem Prozess erfolgt über eine verbale Formulierung.135 Derselbe Prozess

kann durch unterschiedliche Verfahren mit unterschiedlichen Operatoren realisiert

werden.

„Ein Verfahren ist stets ein komplexes Wirkungssystem aus vielen Elementen, die

untereinander und mit der Umgebung durch Stoff-, Energie-, und Informations-

flüsse verbunden sind.“136

Fertigungsverfahren werden beispielsweise durch Wirksysteme bestehend aus u. a.

der Kinematik von Werkzeugen, der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werk-

stück oder der Beanspruchung des Werkstückes durch das Werkzeug beschrieben

und über diese Merkmale systematisiert. Sowohl die benötigten Hilfs- und Betriebs-

stoffe oder die benötigte Energie als auch die auftretenden Stör- und Nebengrößen

sind vom gewählten Verfahren und dem Operator abhängig. Neben den gewollten

Ein- und Ausgangszuständen von Transformationssystemen nehmen ungewollte

Stör- und Nebengrößen Einfluss auf den Prozess, das Verfahren, die Operatoren oder

die Umgebung.137 Unter einer Störgröße wird ein ungewollter Eingang von Material,

127 Die Dreiteilung basiert auf Wiener 1975, S. 132. Völz 1999, S. 289f. diskutiert die vermeintliche Fehlinterpreta-tion bzw. die fehlerhafte Übersetzung und die daraus resultierende fehlerhafte Auslegung der Dreiteilung. 128 In Anlehnung an Ropohl 2009, S. 102f.; Hubka 1973, S. 19f.; Heidemann 2001, S. 71; Roth 2000, S. 17; wäh-rend der Entwicklung eines Produktes sind die Zustände vor und nach einer Zustandsänderung weder real noch konkret. Sie sind weder beobacht- noch messbar. Es handelt sich um virtuelle Transformationssysteme, die durch die Produktentwicklung antizipiert werden. 129 Heidemann 2001, S. 88 130 Heidemann 2001, S. 71 131 Nach Heidemann 2001. S. 145 beschreibt das Transformationssystem die „Gesamtheit [!] bestehend aus Pro-zess, Produkt [bzw. Operator] und Anwender, um Operanden zweckdienlich zu verändern“. Das Transformations-system benötigt entsprechend zur Durchführung der zweckdienlichen Veränderung eines Operanden einen Pro-zess, der durch ein Verfahren realisiert wird, einen Operator mit entsprechenden Eingangsgrößen und einen An-wendenden. 132 Heidemann 2001, S. 130; Heidemann 2001, S. 98 133 Rath 2014, S. 157; Heidemann 2001, S. 86ff. 134 Heidemann 2001, S. 83 135 Heidemann 2001, S. 81 136 VDI 2221, S. 24 137 Heidemann 2001, S. 102ff.

17

Energie und/oder Informationen verstanden.138 Nebengrößen sind verfahrensspezifi-

sche ungewollte Ausgänge von Material, Energie und/oder Informationen während der

Transformation und/oder aus dem Operator. Als Nebengrößen gelten auch Ab-

fall- bzw. Kuppelprodukte.139 Der Anwender bzw. Anwendende nimmt ebenfalls Ein-

fluss auf das Transformationssystem. Er wirkt aktiv, korrigierend oder überwachend

auf das Transformationssystem ein.140 Der Mensch als anwendende Person oder Ope-

rator wirkt auf das Transformationssystem ein, indem er:141

mit oder ohne Operatoren eine Wirkgröße für die Transformation bereitstellt.

Wirkgrößen zur Signalbetätigung bereitstellt.

durch ungewollte Nebengrößen, z. B. seine Körperwärme, Einfluss auf den Pro-

zess und/oder die Umgebung nimmt.

Der Aufwand des Anwendenden innerhalb des Transformationssystemes ist von der

Technologie des Operators abhängig. Beispielsweise kann ein Trennprozess zur Fer-

tigung eines Blechteiles manuell durch eine Schere oder durch eine Maschine erfol-

gen. Für die manuelle Fertigung stellt der Anwendende eine Kraft zur Erzeugung von

Scherkräften über die Schere als Operator auf das Blech bereit. Für die maschinelle

Fertigung sind Informationen in Form von Signalen durch den Anwendenden nötig.

Durch den steigenden Informationsgehalt bei der Modellierung eines Transformations-

systemes vom höchsten Abstraktionsgrad Prozess, über das Verfahren zum gerings-

ten Abstraktionsgrad, dem Verfahren in Kombination mit dem Operator, wird in dieser

Arbeit auch von den drei Abstraktionsebenen des Prozessmodelles gesprochen.142

Beispielsweise kann der Prozess Trennen von Teilen aus Blech durch die Verfahren

Scherschneiden oder thermisches Abtragen realisiert werden. Der Informationsgehalt

steigt durch die von dem Verfahren vorgegebene Wirkgröße. Die Operanden zur Be-

reitstellung der mechanischen Energie für das Scherschneiden oder der thermischen

Energie für das Abtragen erhöhen den Informationsgehalt durch die Individualisierung

der Größen und des nötigen Aufwandes für den Anwendenden innerhalb des Trans-

formationssystemes. Der Einflussbereich des Produktentwickelnden erstreckt sich auf

sämtliche Abstraktionsebenen. Durch die Entscheidungen über Geometrien oder

Werkstoffe und -stücke des zu entwickelnden Produktes werden mögliche Fertigungs-

verfahren mit entsprechenden Operatoren beeinflusst. Mit dem Operator werden die

nötigen Eingangs- und auch die auftretenden Neben- und Störgrößen beeinflusst. So-

mit trägt das Prozessmodell durch die Möglichkeit Transformationssysteme auf den

drei Abstraktionsebenen zu beschreiben dem Dilemma der Produktentwicklung und

138 Heidemann 2001, S. 102; Heidemann 2001, S. 145; Rodenacker 1991, S. 199ff. 139 Heidemann 2001, S. 106; Heidemann 2001, S. 144; Ropohl 2009, S. 249 140 Ropohl 2009, S. 77 141 Heidemann 2001, S. 93 142 Nach Rophol 2009, S. 21ff. enthalten Technologien das Wissen um Operanden, Operatoren und Betriebsstof-

fen, um die physikalischen, chemischen und ggf. biologischen Abläufe sowie deren Zusammenhänge, entspre-

chend der Modellierung des Transformationssystemes. Das Verfahren beschreibt das Vorgehen bzw. den Ablauf

zur zweckdienlichen Änderung eines Operanden und dient nach Sauer 2006, S. 71 zur „[…] Realisierung eines

abstrakt beschriebenen Prozesses […]“.

18

der in Abschnitt 2.1 beschrieben Problematik der Qualität der Beeinflussbarkeit und

Antizipierbarkeit von Transformationssystemen des Produktlebenslaufes Rechnung.

2.1.2 Das Partialmodell des Produktlebenslaufes

Das Partialmodell des Produktlebenslaufes modelliert ablauforientiert einen Teil der

(künstlichen) virtuellen Technosphäre,143 auch als Transformatorensphäre bezeich-

net,144 welche die Produktentwicklung beeinflusst.145 Die Technosphäre umfasst alle

anthropogenen Aktivitäten, die technischen Prozessen entsprechen. Das Partialmo-

dell des Produktlebenslaufes unterteilt das Leben eines virtuellen Produktes während

der Produktentwicklung in unterschiedliche Teilprozesse.146 Der Lebenslauf wird wäh-

rend der Produktentwicklung durch Individualisierung des Partialmodelles stetig kon-

kretisiert und spezialisiert und ändert sich mit der Variation der unabhängigen Eigen-

schaften.147 Der Produktlebenslauf dient über die Individualisierung durch antizipierte

Prozesse als Grundlage zum Antizipieren und Beeinflussen der Wirkung des zu ent-

wickelnden Produktes auf die Nachhaltigkeit.

Das Partialmodell des Produktlebenslaufes ist vom Produktlebenszyklus und dem Pro-

duktentstehungsprozess zu unterscheiden. Der Produktlebenszyklus unterteilt das Le-

ben eines Produktes anhand des Verlaufes von Nominalgüterbilanzen, er spiegelt eine

betriebswirtschaftliche Sicht wider.148 Der Lebenszyklus wird in einen Entstehungszy-

klus und einen Marktzyklus unterteilt.149 ISO 15226 benutzt den Produktlebenszyklus

als Organisationsschema zur „[…] effiziente[n] und transparente[n] Handhabung von

technischen Dokumenten […].“150 Der Produktentstehungsprozess ordnet die Kon-

struktion und Entwicklung in einen zeitlichen Zusammenhang mit dem realen Produkt-

lebenslauf bis zur Nutzung ein und verknüpft diesen mit dem vorhandenen Informa-

tionsfluss zwischen den Unternehmensbereichen und den Kunden.151

In der Literatur sind unterschiedliche Partialmodelle des Produktlebenslaufes zu fin-

den.152 Sie unterscheiden sich nicht nur in der Nomenklatur und der Granulierung der

einzelnen Teilprozesse, sondern auch in dem Verständnis der Materialflüsse und der

Abbildung und Nomenklatur von Kreisläufen. Zur Vermeidung der Beseitigung durch

143 Zum Begriff Technosphäre siehe: Hubka 1973, S. 27f.; Prammer 2009, S. 44ff.; Hofstetter 1998, S. xviii; Hofs-tetter 1998, S. 33ff.; Liesegang 1993, S. 386f.; Schmidt-Bleek und Klüting 1993, S. 123; Vezzoli und Manzini 2008, S. 257 144 Sterr 2003, S. 29ff. 145 Thommen und Achleitner 2012, S. 55 sprechen in dem Zusammenhang von der Lebenszyklusverantwortung, was ihrem Verständnis des Produktlebenszyklus widerspricht; Thommen und Achleitner 2012, S. 182ff.. 146 Birkhofer et al. 2012, S. 564; Westkämper 2013, S. 13; Hanusch 2011, S. 79 147 Jede Eigenschaft des zu entwickelnden Produktes, bestehend aus einem Merkmal mit einer Ausprägung, gehört zu einer theoretisch möglichen Lösung der Entwicklungsaufgabe, die durch die Anforderungen begrenzt ist. Somit führen unterschiedliche Eigenschaften des zu entwickelnden Produktes zu unterschiedlichen antizipierten Produkt-lebensläufen. 148 Vernon 1966, S. 198ff.; Hirsch 1967, S. 38ff.; Thommen und Achleitner 2012, S. 182ff.; Pahl et al. 2005, S. 92 149 Pfeiffer und Bischof 1974, S. 637 150 DIN ISO 15226, S. 4 151 Pahl et al. 2007, S. 7 152 u. a. Grüner 2001, S. 45; Walther 2010, S. 23; Birkhofer et al. 2012, S. 564; Schneider 1992, S. 51; Meyer 1983, S. 13; Pahl et al. 2007, S. 3

19

Deponielagerung werden Materialien innerhalb des Produktlebenslaufes einem Kreis-

lauf zugeführt. Im Vergleich zur Herstellung von Werkstoffen aus Rohstoffen ergeben

sich Energieersparnispotenziale durch eine Kreislaufführung von Materialien, bei

Stahlwerkstoffen beispielsweise über 50 %.153 Besonderes Augenmerk bei der Be-

trachtung der Produktlebensläufe wird auf die Kreislaufwirtschaft als (vermeintlich)

wichtigste Maßnahme des Erreichens eines nachhaltigen Zustandes gelegt.154 Bei der

Betrachtung der Kreislaufprozesse unterscheiden sich die in der Literatur veröffent-

lichten Produktlebensläufe signifikant. Im Folgenden wird beispielhaft auf die Produkt-

lebensläufe nach der GPPe und MEYER eingegangen.

Der Produktlebenslauf nach der GPPe wird produktspezifisch in Prozesse der Werk-

stoffherstellung, der Produktion, der Nutzung und des Recyclings / der Entsorgung

unterteilt (vgl. Bild 2-3).

Bild 2-3: Der Produktlebenslauf nach GPPe155

Im Mittelpunkt der Betrachtung steht das zu entwickelnde Produkt mit den Energien

und Stoffen, die während des Produktlebenslaufes transformiert werden. Die Darstel-

lung der Zustände erfolgt über Pfeile.156 Den Prozessen des Produktlebens sind Trans-

portprozesse parallel geschaltet, die durch eine gestrichelte Pfeillinie visualisiert wer-

den.

Der Einsatz als Teilprozess der Nutzung157 hat die Sonderstellung inne, da

„[…] nicht das Produkt bzw. seine Komponenten und Bauteile be- oder verarbei-

tet [werden], sondern das Produkt selbst wird zur Be- oder Verarbeitung von

Stoffen, Energien oder Signalen genutzt.“158

Der Einsatz ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energie- und Materialflüsse aus-

schließlich durch das Nutzerverhalten beeinflusst werden und nicht mehr im unmittel-

baren Beeinflussungsbereich der Produktentwicklung liegen. Daher wird im Folgenden

auch die Unterscheidung zwischen den Fabrikationsprozessen und der Nutzung, insb.

153 Wens et al. 2011, S. 53; Martens 2011, S. 2ff.; Gruden 2008, S. 314 f 154 u. a. Liesegang 1993, S. 386f.; VDI 2243, S. 8f.; Hirth et al. 2001, S. 2.2ff.; von Hauff und Kleine 2009, S. 35; Nasr und Thurston 2006, S. 17; Dyckhoff und Souren 2008, S. 178ff. 155 Birkhofer et al. 2012, S. 564 156 Wenn die Kästen Teilprozesse des Produktlebenslaufes darstellen und die Transportprozesse separat abgebil-det werden, dann entsprechen die Pfeile nach Abschnitt 2.1.1 Zuständen, die im Prozessmodell nach Heidemann entsprechend Bild 2-2 durch Kreise modelliert sind. 157 Dannheim 1999, S. 45ff. 158 Birkhofer et al. 2012, S. 564

ProduktionWerkstoff-

herstellungProdukt

Recycling/

Entsorgung

NutzungStoffe, Energie

Transporte

20

dem Einsatz, getroffen. Die Systemgrenze auf der Seite des Einganges zur Werkstoff-

herstellung trennt den Lebenslauf des Produktes von der natürlichen Umwelt159.160

Durchlaufen die Stoffe oder Energien „[…] das Recycling oder die abschließende Ent-

sorgung […]“161 verlassen sie die Systemgrenze des Produktlebenslaufes.162

GRÜNER hat den Produktlebenslauf der GPPe konkretisiert und detaillierter dargestellt

(vgl. Bild 2-4). Zusätzlich zu den Neben-Inputs und -Outputs (analog zu den Neben-

größen nach Abschnitt 2.1.1) werden das Recycling und die Entsorgung getrennt be-

trachtet. Die zur Deponierung vorgesehenen Abfälle verlassen den Produktlebenslauf.

Materialien, die während der Kreislaufprozesse aufgearbeitet worden sind, werden als

Altprodukte, Werkstoffe oder Rohstoffe den dazugehörigen Teilprozessen desselben

Produktlebenslaufes rückgeführt.163 Somit werden Kreislaufprozesse in dem Modell

mit den Aufarbeitungs- und Aufbereitungsprozessen gleichgesetzt.164

Bild 2-4: Der detaillierte Produktlebenslauf der GPPe nach GRÜNER165

159 Birkhofer et al. 2012, S. 564 verwenden ursprünglich den Terminus der Geosphäre zur Abgrenzung des Pro-duktlebenslaufes von der natürlichen Umwelt. Aus Gründen der terminologischen Konsistenz mit der Ökobilanz und den nachfolgenden Absätzen wird hier der Terminus der natürlichen Umwelt bevorzugt; siehe hierzu auch Fn. 255 und 256. 160 Birkhofer et al. 2012, S. 564 161 Birkhofer et al. 2012, S. 565 162 Birkhofer et al. 2012, S. 565 163 Grüner 2001, S. 45 164 Zum Verständnis der Aufarbeitungs- und Aufbereitungsprozesse siehe VDI 2243, S. 35 165 Grüner 2001, S. 45

Werkstoff- und

Halbzeug-

herstellungsproz.

Fertigungs-

prozesse

Recycling-

prozess

Entsorgungs-

prozess

Nutzungs-

prozess

Alt-

produkt

Produkt

Systemgrenze

Rohstoffe Werkstoffe

Aufgearbeitete

ProdukteTeile,

Materialien Deponierung

Operand des

Nutzungsprozesses

im Ausgangszustand

Rückführungen

z. B. von EnergieOperand des

Nutzungsprozesses

im Eingangszustand

Ressourcen,

Energie,

Sonstiges

Emissionen,

Abfälle,

Sonstiges

Nebeninputs:

Ressourcen,

Energie,

Sonstiges

Nebenoutputs:

Emissionen,

Abfälle,

Sonstiges

21

In Hinblick auf die Kreislaufprozesse stellt MEYER ein detailliertes Partialmodell des

Produktlebenslaufes zur Verfügung (vgl. Bild 2-5).

Bild 2-5: Der Produktlebenslauf nach MEYER166

Der Produktlebenslauf wird in die Teilprozesse der Rohstoffgewinnung und -aufarbei-

tung, der Produktion und des Produktgebrauches u./o. -verbrauches aufgeteilt und be-

schränkt sich nicht auf ein Produkt. Die Systemgrenze trennt den Produktlebenslauf

von der natürlichen Umwelt167 ab.168 Technisch bzw. wirtschaftlich nicht verwendbare

bzw. verwertbare Stoffe werden über eine Verbrennung oder eine Deponie als „Stoff-

fluß [!] der Verluste“169 an die natürliche Umwelt abgegeben.170 Bei den Recyclingpro-

zessen werden das Produktionsrücklauf-Recycling, das Altstoffrecycling und das Re-

cycling während des Produktgebrauches unterschieden, die als Kreislaufarten be-

zeichnet werden.171 Die Differenzierung der Kreislaufarten erfolgt über die Ur-

sprungs- und Zielprozesse des zu recycelnden Stoffe innerhalb des Produktlebenslau-

fes. An diese Kreislaufarten sind optionale Behandlungsprozesse wie die Aufbereitung

166 VDI 2243 Blatt 1, S. 4 in Anlehnung an Meyer 1983, S. 13 167 Meyer 1983, S. 11 benutzt ursprünglich die Biosphäre als Abgrenzung des Produktlebenslaufes von der natür-lichen Umwelt. Analog zu Fn. 159 wird der Terminus der natürlichen Umwelt bevorzugt. 168 Meyer 1983, S. 11 169 Meyer 1983, S. 13 170 Meyer 1983, S. 13 171 Meyer 1983, S. 10f.

Produktgebrauch

u./o. -verbrauchProduktion

VerbrennungVerbrennung

Ressource

Rohstoff-

gewinnung und

-aufbereitung

VerbrennungVerbrennung

Verbrennung

Energie

Energie Energie

Energie

Altstoff-Recycling

Recycling während

des Produktgebrauchs

Produktionsrücklauf-

Recycling

Wie

derv

erw

en

du

ng

Wie

derv

erw

ert

un

g

We

ite

rve

rwe

nd

un

g

We

ite

rve

rwe

rtun

g

Energie

Aufarbeitung

bzw.

Überholung

Produktions-

abfall-

aufbereitung

Altstoff-

aufbereitung

Deponie

Umwelt

Deponie

Umwelt

Deponie

Umwelt

Deponie

UmweltDeponie

Umwelt

Umwelt

22

oder die Aufarbeitung geknüpft.172 Zudem erfolgt eine weitere Unterteilung von Kreis-

laufflüssen in die sogenannten Recyclingformen der Wieder- und Weiterverwendung

bzw. der Wieder- und Weiterverwertung. Die Differenzierung der Recyclingformen er-

folgt über die Ursprungs- und Zielprozesse des zu recycelnden Stoffes innerhalb des

Produktlebenslaufes und den Zweck der innerhalb jedes Teilprozesses vollzogenen

Transformation des jeweils betrachteten Stoffes.173 Die Verwertung wird mit einem Lei-

ten von Stoffen in die Produktion gleichgesetzt.174 Eine Verwendung entspricht dem

Leiten von Stoffen in den Ge- bzw. Verbrauch ohne die Gestalt des Stoffes zu än-

dern.175

Die aufgezeigten Produktlebensläufe weisen sowohl Gemeinsamkeiten als auch

Unterschiede auf. Die gezogene Systemgrenze trennt bei den hier aufgezeigten Bei-

spielen den Produktlebenslauf von der natürlichen Umwelt. Die Unterschiede sind in

der Modellbildung der Lebensläufe zu finden. MEYER modelliert den Produktlebenslauf

produktunspezifisch, was durch die Möglichkeit einer Weiterverwendung bzw. -verwer-

tung verdeutlicht wird. Die GPPe beschränkt sich auf die Modellierung des Lebenslau-

fes eines bestimmten Produktes. Dadurch werden Wechselwirkungen zu parallel lau-

fenden Produktlebensläufen nicht berücksichtigt. Entsprechend ist es der Produktent-

wicklung nicht möglich eine Weiterverwertung bzw. -verwendung zu antizipieren. Zu-

dem herrschen zum Teil Inkonsistenzen innerhalb der Modelle. Die GPPe weist den

Teilprozessen des Produktlebenslaufes spezifische Materialien zu. Rohstoffe bei-

spielsweise werden in die Werkstoffherstellung geleitet. Sie werden der Umwelt ent-

nommen oder nach Recyclingprozessen zurückgeführt. Das Nomen Rohstoff ist ein

Kompositum aus dem Adjektiv roh und dem Nomen Stoff. Das Adjektiv roh deutet im

technischen Kontext darauf hin, dass der Stoff nicht be- oder verarbeitet worden ist.176

Nach DIN 8580 ist ein Stoff formlos.177 Somit handelt es sich bei einem Rohstoff um

einen (formlosen) Stoff,178 der noch keine Be- oder Verarbeitung (durch den Men-

schen) erfahren hat.179 Entsprechend widerspricht die Bezeichnung Rohstoff für Re-

cyclate dem allgemeinen Verständnis.180 Zudem herrschen Inkonsistenzen bezüglich

der Aufteilung der Teilprozesse. Die Werkstoffe und Halbzeuge werden nach Bild 2-4

durch Prozesse der Herstellung erzeugt. Halbzeuge sind Erzeugnisse,

[…] die durch Stranggießen und gegebenenfalls anschließendes Walzen,

Schmieden oder Längsteilen, durch Druckgießen, durch Walzen oder Schmie-

172 Meyer 1983, S. 12 173 Meyer 1983, S. 15ff. 174 Meyer 1983, S. 15f. 175 Meyer 1983, S. 16f. 176 Bibliographisches Institut GmbH 2014e 177 DIN 8580, S. 4 178 Kesselring 1954, S. 169 179 Wellmer 2005, S. 176ff.; Bibliographisches Institut GmbH 2014e; Birkhofer et al. 2012; VDI 4800 Blatt 1, S. 5 versteht unter einem Stoff aus der Natur einen Primärrohstoff 180 Das in dieser Arbeit zugrunde gelegte Verständnis von Rohstoffen widerspricht der Definition nach DIN EN ISO 14040, S. 9, die unter einem Rohstoff ein „primäres oder sekundäres Material, das zur Herstellung eines Produktes verwendet wird“, versteht. Sekundäres Material wir in dieser Arbeit nach DIN EN ISO 14021, S. 31ff. als Recyclat bezeichnet.

23

den oder Längsteilen zu Blöcken oder Brammen entstanden und im Allgemei-

nen für die Umformung zu Flach- oder Langerzeugnissen durch Warmwalzen,

durch Warmschmieden oder für die Herstellung warmgeformter Schmiedestü-

cke bestimmt sind.“181

Nach DIN 8580 wird das Strang- bzw. Druckgießen als erster Prozessschritt der Ferti-

gung zugeordnet.182

MEYER betrachtet wiederum unabhängig von den Teilprozessen des Produktlebens-

laufes Flüsse von (formlosen) Stoffen. Gleichzeitig wird die Verwendung bzw. Verwer-

tung über die Gestaltänderung während der Prozesse differenziert.

Für ein konsistentes Verständnis der Nachhaltigkeit des zu entwickelnden Produktes

ist ein in sich konsistentes Verständnis des Produktlebenslaufes Voraussetzung. Die

in diesem Abschnitt beispielhaft betrachteten Modelle des Produktlebenslaufes zeigen

Inkonsistenzen, sowohl in der verwendeten Terminologie als auch in der Abgrenzung

der Teilprozesse. Letzterer Sachverhalt wird insbesondere durch die mit der DIN 8580

inkonsistente Abgrenzung zwischen der Werkstoffherstellung und der dort eindeutig

definierten Fertigung und dem Verständnis der Kreislaufprozesse deutlich. Die Kreis-

laufprozesse als eine Maßnahme zur Umsetzung nachhaltiger Produkte sind nicht kon-

sistent und terminologisch eindeutig durchdrungen.183

Ein Grund für die herrschenden Inkonsistenzen des Produktlebenslaufes sind in der

geschichtlichen Entwicklung desselben zu finden. HUBKA hat 1976 den Produktleben-

lauf in Verbindung mit der Produktentwicklung gebracht.184 Trotz unterschiedlicher

Paradigmenwechsel und vor allem auf Grund des steigenden Nachhaltigkeitsbewusst-

seins hat sich das Verständnis des Produktlebenslaufes, bis auf die Umbenennung

von Teilprozessen und Materialflüssen, seitdem nicht verändert. Bei einer Anpassung

von Modellen sind die Modellmerkmale nach Abschnitt 1.2 zu beachten. In dem Fall

wird der geschichtliche bzw. gesellschaftliche Hintergrund der 70er Jahre herangezo-

gen. Forschungsergebnisse sind damals unter anderen gesellschaftlichen Randbedin-

gungen erarbeitet worden. Erst nach der Ölkrise 1973 und dem langsam aufkeimen-

den Bewusstsein endlicher Rohstoffe mit der Veröffentlichung der Studie The Limits to

Growth im Auftrag des Club of Rome 1972 hat die Nachhaltigkeitsdiskussion ihren An-

fang genommen. Der Kreislaufgedanke ist als Anforderung der Entwicklung des Pro-

duktlebenslaufes zu Zeiten Hubkas nicht im Bewusstsein der Wissenschaft gewesen.

Eine Anpassung von Partialmodellen damaliger Zeit auf heutige Anforderungen durch

eine reine Umbenennung, beispielsweise des letzten Teilprozesses Liquidation185 des

Produktlebenslaufes nach HUBKA in Recycling/Entsorgung hin zum Produktlebenslauf

nach der GPPe, führt zu Inkonsistenzen zwischen den ursprünglichen und dem durch

181 DIN 199-1, S. 12 182 DIN 8580, S. 8, ab Abschnitt 3 wird zwischen der Herstellung und der Fertigung unterschieden. 183 Ćorić et al. 2013, S. 1ff. konkretisieren die in der Literatur herrschenden Diskrepanzen im Verständnis der Re-cyclingformen und ihrem formalen und terminologischen Verständnis. 184 Hubka 1976, S. 4 185 Hubka 1976, S. 4

24

die Umbenennung geänderten Modellmerkmalen. HUBKA versteht die Liquidation als

Transformation eines Materials zu Abfall186, das Recycling wird hingegen i. d. R. als

Rückgewinnung von Material fern vom Abfallbegriff verstanden.

2.1.3 Das Partialmodell der Produktentwicklung

Die Produktentwicklung individualisiert einen gegebenen Anfangszustand in Form

einer Entwicklungsaufgabe über Zwischenzustände in den Ausgangszustand in Form

der Produktdokumentation.187 Die Produktentwicklung als Team aus Individuen wirkt

als Operator zur Synthese von Informationen.188 In der Konstruktionsmethodik finden

unterschiedliche Modellierungen für den Produktentwicklungsprozess mit entspre-

chenden Arbeitsschritten ihre Anwendung.189 Eine Gegenüberstellung unterschiedli-

cher Prozessschritte zur Entwicklung technischer Produkte ist bei ROTH zu finden.190

Sämtliche Produktentwicklungsmethodiken basieren auf dem Grundprinzip Vom Abs-

trakten zum Konkreten bzw. Vom abstrakten Qualitativen zum konkreten Quantitati-

ven.191 Dabei dient die Durchführung einzelner Methoden zur Konkretisierung des zu

entwickelnden Produktes, was zu einem Informationszuwachs führt (vgl. Ab-

schnitt 1.2). Das methodische Vorgehen zur Entwicklung technischer Systeme erfolgt

im Einklang mit dem Dilemma der Produktentwicklung. Im Folgenden werden durch

die Produktentwicklung vorgegebene Rahmenbedingungen und damit die möglichen

Aktionsparameter einer Entwicklung nachhaltiger Produkte erarbeitet. Sie werden zu-

nächst allgemein und von der Nachhaltigkeitsbetrachtung unabhängig diskutiert.

Der Produktentwicklungsprozess wird nach dem Partialmodell der GPPe in die Teil-

prozesse Klären der Aufgabenstellung, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten unter-

teilt (vgl. Bild 2-1).192 Je nach Teilprozess werden durch die Modellierung des zu ent-

wickelnden Produktes auf unterschiedlichen Konkretisierungsebenen unterschiedliche

Verkürzungsmerkmale vorausgesetzt.

„Ein Produkt(darstellendes) Modell (kurz Produktmodell genannt) ist ein Modell

des zu konstruierenden technischen Gebildes, das eine hinreichende und für

Operationen geeignete Abbildung mindestens derjenigen (System)-Eigenschaf-

ten des Gebildes erlaubt, die im jeweiligen Phasenabschnitt [bzw. Teilprozess

der Produktentwicklung] behandelt werden.“193

Die Teilprozesse werden in Arbeitsschritte gegliedert.194 Jedem Teilprozess der Pro-

duktentwicklung werden unterschiedliche generische Modelle nach Abschnitt 1.1 zu-

gewiesen, in Tabelle 2-1 Modellarten genannt. Sie werden ihrerseits durch unter-

186 Hubka 1984, S. 165 187 Heidemann 2001, S. 23 188 Hubka 1976, S. 41ff.; Zier 2014, S. 66ff. 189 VDI 2221, S. 9; Pahl et al. 2007, S. 198; Roth 2000, S. 376 190 Roth 2000, S. 43 191 Pahl et al. 2007, S. 70f.; VDI 2221, S. 3 192 Pahl et al. 2007, S. 195 193 Roth 2000, S. 54f. 194 Pahl et al. 2007, S. 214ff.

25

schiedliche Partialmodelle nach Abschnitt 1.1, in Tabelle 2-1 in der Spalte Produktmo-

delldarstellung zu finden, spezialisiert und den Arbeitsschritten zugewiesen.195 Der

Konkretisierungsgrad des zu entwickelnden Produktes steigt entsprechend dem Di-

lemma der Produktentwicklung mit den Teilprozessen an.196

Tabelle 2-1: Gegenüberstellung des Produktentwicklungsprozesses und der Produktmodelle197

Teilpro-

zesse198 Arbeitsschritte

Modelle Produktkonkreti-

sierungsebene199 Arten Produktmodell-

darstellung

Klären der

Aufgaben-

stellung

Klären und präzisieren

der Aufgabenstellung

Sprach-

modell

Verbale Formulie-

rung

Anforderungen

Konzipie-

ren

Ermittlung von Funktio-

nen und deren Struktur

Gestalt-,

Funkti-

ons-

und

Sprach-

modelle

Funktions-

Symbole

Funktionale Ebene

Suche nach Effekt-Lö-

sungsprinzipien

Effekt, Effekt-

Symbole

Prinzipielle physi-

kalische Ebene

Suche nach Gestalt-Lö-

sungsprinzipien

Prinzipskizzen

Entwerfen

Gliedern in realisierbare

Module

Gestalt-

modell

Module Gestalterische und

stoffliche Ebene

Gestalten der maßge-

benden Module

Funktionseinheit

Funktionsteile

Gestalten des gesam-

ten Produktes

Gesamtentwurf

Ausarbei-

ten

Festlegen der Ausfüh-

rungs- und Nutzungs-

angaben

Einzelteildarstel-

lung

Fertigungs- und

montagetechnische

Ebene

Nach PAHL ET AL. besteht

„die wesentliche Tätigkeit bei der Produktentwicklung und beim Lösen von Auf-

gaben […] in einem Vorgang der Analyse und in einem anschließenden Vor-

gang der Synthese und läuft in Arbeits- und Entscheidungsschritten ab.“200

Das Partialmodell des Produktentwicklungsprozesses beschreibt demnach nicht nur

ein allgemeines Vorgehensmodell mit Arbeitsschritten zur Entwicklung technischer

Produkte, sondern auch die Beeinflussungsmöglichkeiten der Eigenschaften des zu

entwickelnden Produktes durch die hierarchisch determinierenden Beziehungen.201

195 In der Praxis ist eine strikte Zuweisung der Partialmodelle bzw. Produktkonkretisierungsebenen zu den Arbeits-schritten der Produktentwicklung entsprechend Tabelle 2-1 nicht möglich, was durch das Gestaltmodell verdeutlicht wird. Mit dem Konkretisierungsgrad der Anforderungen steigt auch der Konkretisierungsgrad der Konzeptvarianten. Nach Pahl et al. 2007, S. 266 und VDI 2235, S. 5 ist eine über das jeweilige Produktmodell hinausgehende Kon-kretisierung zur Bewertung von Konzeptvarianten nötig. 196 Roth 2000, S. 34 197 Roth 2000, S. 376; Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 157 198 Nach Bild 2-1, Teilprozesse in Anlehnung an Pahl et al. 2007, S. 195 199 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 39ff. 200 Pahl et al. 2007, S. 189; sinngleich in VDI 2221, S. 4f. 201 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 40; Ponn und Lindemann 2008, S. 121; Ponn und Lindemann 2011, S. 133; Pahl et al. 2007, S. 192

26

Die Produktentwicklung hat abhängig von dem jeweiligen Arbeitsschritt und den zuge-

wiesenen Partialmodellen auf verschiedene Teilprozesse des Produktlebenslaufes

über die Individualisierung der partialen zu den individuellen Produktmodellen Ein-

fluss.202 Im Folgenden wird näher auf die Arbeitsschritte und die partialen Produktmo-

delle der Produktentwicklung eingegangen. Es werden die Grundlagen für die in Ab-

schnitt 2.2.2 diskutierte Beeinflussbarkeit und Antizipierbarkeit von Nachhaltigkeitsas-

pekten während der Produktentwicklung erarbeitet.

Das Ergebnis von Klären der Aufgabenstellung ist die Anforderungsliste.203 Sie bil-

det den höchsten Abstraktionsgrad der Modellierung des Produktes durch verbal for-

mulierte Anforderungen ab (vgl. Tabelle 2-1). Sie werden beispielsweise durch die

Analyse von Prozessmodellen zur Abbildung des Produktes während des Einsatzes

synthetisiert (vgl. Abschnitt 1 und 2.1.1). Die Anforderungen begrenzen den Lösungs-

raum von allen nur erdenklichen Lösungen der Entwicklungsaufgabe auf die die An-

forderungen erfüllenden theoretisch möglichen Lösungen.204

Das Konzipieren hat zur Aufgabe, eine qualitative und funktionsfähige prinzipielle Lö-

sung205 bzw. im Folgenden ein qualitatives und funktionsfähiges Konzept206 oder nur

Konzept genannt, zu entwickeln. Konzepte werden beispielsweise durch das Partial-

modell der Strichskizze individualisiert.207 Der Teilprozess des Konzipierens setzt sich

aus einer funktionellen und einer prinzipiellen Phase zusammen (vgl. Tabelle 2-1).208

Durch den Fokus auf der Produktfunktion während des Konzipierens steht der Einsatz

im Vordergrund. Zunächst erfolgt eine abstrakte Beschreibung der technischen Funk-

tion des Produktes, ohne Berücksichtigung der physikalischen oder der geometrisch-

stofflichen Realisierbarkeit.209 Über die Methode Funktionsstruktur wird die Gesamt-

funktion in Teilfunktionen aufgegliedert.210 Das generische Modell zu der Funktions-

struktur schlägt eine Individualisierung eines Produktes durch die allgemeinen Funk-

tionen Speichern, Leiten, Umformen, Wandeln und Verknüpfen von Stoffen, Energien

und/oder Informationen vor.211 Eine Quantifizierung der Stoff- und Energiemengen ist

202 Anzumerken ist, dass VDI 2221, S. 25f. bis auf die Entwicklung verfahrenstechnischer Produktionsanlagen eine prozessuale Betrachtung nicht vorsieht. Heidemann 2001, S. 113ff. schlägt die Anwendung des Prozessmodelles zur Synthese von Anforderungen während des Klärens der Aufgabenstellung und als Hilfsmittel für die Verfahrens-entwicklung während des Konzipierens ausschließlich für den Einsatz vor. 203 VDI 2221, S. 9; Roth 2000, S. 25f. 204 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 39ff. symbolisieren den Zusammenhang zwischen Anforderungen und der Begrenzung theoretisch möglicher Lösungen durch eine Kante der Grundfläche der Produktmodellpyramide. Auf dieser Kante befindet sich die beste Lösung, die durch den Produktentwicklungsprozess erarbeitet werden sollte. 205 VDI 2223, S. 16; Pahl et al. 2007, S. 232 206 Pahl et al. 2007, S. 232; Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 256 207 VDI 2223, S. 17 208 Roth 2000, S. 42; Pahl et al. 2007, S. 231ff.; VDI 2222 Blatt 1, S. 19f. 209 Roth 2000, S. 26; Pahl et al. 2007, S. 256 210 Pahl et al. 2007, S. 243ff.; Roth 2000, S. 26 211 Roth 2000, S. 84f.; VDI 2222 Blatt 1, S. 16f.

27

auf Grundlage der allgemeinen Funktionen nicht möglich. Danach werden den Teil-

funktionen Wirkprinzipien über physikalische Effekte zugewiesen.212 Die Konkretisie-

rung eines funktionsneutralen physikalischen Effektes zu einem Wirkprinzip213 erfolgt

über die Entscheidung über geometrische und stoffliche Merkmale und deren Werte

als unabhängige Eigenschaften.214 Den Zusammenhang zwischen der funktionsbe-

schreibenden Wirkgröße und den unabhängigen Eigenschaften Geometrie und Stoff

bildet das Partialmodell des jeweiligen physikalischen Effektes. Beispielsweise sind

die intensiven Eigenschaften von Stoffen, z. B. die Dichte, die spezifische Wärmeka-

pazität oder die elektrische Leitfähigkeit,215 stoffmengenunabhängig bzw. mengenspe-

zifisch. Sie beschreiben in Verbindung mit der Geometrie extensive Eigenschaften von

Gegenständen wie die Masse, die Wärmekapazität oder den elektrischen Wider-

stand.216 Durch die Konkretisierung des physikalischen Effektes zu einem Wirkprinzip

wird ein funktionsorientiertes Modell zur Auswahl und Bewertung bereitgestellt (vgl.

Abschnitt 2.1.3). Das Konzept modelliert die Gesamtheit der zur Lösung der Aufgabe

geeigneten und durch Wirkprinzipien konkretisierte Teilfunktionen als Wirkstruktur.217

Das Entwerfen konkretisiert durch das Gestalten das Konzept zu einem Gesamtent-

wurf und schließt die Organisation des Gestaltungsprozesses mit ein.218 Das Gestalten

ist der umfangreichste Teilprozess der Produktentwicklung.219 Erst in diesem Teilpro-

zess der Produktentwicklung wird das zu entwickelnde Produkt durch das Lösen von

Optimierungsproblemen, die i. d. R. nicht mathematisch abbildbar sind, gestaltet.220

Das „Gestalten wird [...] als das Festlegen der Gestalt- und Werkstoffeigenschaften

von Gestaltungselementen verstanden […].“221 Im Gegensatz zum Konzipieren stehen

die physische und die geometrisch-stoffliche Realisierbarkeit im Vordergrund. Es wer-

den Entscheidungen über die Werkstoffe, die Eigen- oder Fremdfertigung,222 die Bau-

gruppen und die konkrete Gestalt und damit über die Transformation des zu entwi-

ckelnden Produktes während der unternehmensnahen Fabrikationsprozesse des Pro-

duktlebenslaufes getroffen. Der Gesamtentwurf wird nach technischen und wirtschaft-

lichen Gesichtspunkten eindeutig und vollständig erarbeitet.223 Es werden technische

212 Pahl et al. 2007, S. 232 213 Pahl et al. 2007, S. 54 bezeichnen den Zusammenhang zwischen physikalischem Effekt und Geometrie als Wirkprinzip. 214 Wäldele 2012, S. 92ff.; Ponn und Lindemann 2011, S. 91ff. in Anlehnung an Pahl et al. 2007, S. 53ff.; Roth 2000, S. 107ff. 215 Busemann 1991, S. 570 f; DIN 8580, S. 6; DIN 2330, S. 6; Bibliographisches Institut GmbH 2014g 216 Busemann 1991, S. 570 f; DIN 8580, S. 6; DIN 2330, S. 6; Bibliographisches Institut GmbH 2014d 217 Pahl et al. 2007, S. 54 218 Pahl et al. 2007, S. 307; VDI 2223, S. 5 219 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 267 220 Feldhusen et al. 2013b, S. 274 221 VDI 2223, S. 8 222 VDI 2223, S. 20 223 Feldhusen et al. 2014, S. F 12

28

Eigenschaften über die Werkstoffe, die Hauptabmessungen und die Fertigungsverfah-

ren festgelegt.224 Auf der Gestaltmodellebene bedeutet die Konkretisierung ein Ent-

werfen von abhängigen durch unabhängige Eigenschaften.225 Dies wird analog zum

Verständnis des Zusammenhanges zwischen extensiven Eigenschaften von Gegen-

ständen in Abhängigkeit der intensiven Eigenschaften von Stoffen durchgeführt. Dabei

lassen sich die Merkmale der abhängigen Eigenschaften durch Merkmale der unab-

hängigen Eigenschaften beeinflussen.226 Durch Leitlinien und Grundregeln des Ge-

staltens ist der Gestaltungsprozess von sich abwechselnden Analyse- und Synthese-

vorgängen geprägt.227

Das Ausarbeiten überführt die Informationen des fertigen Entwurfes in die Produkt-

dokumentation.228 Die Unterlagen sind für jede Anspruchsgruppe spezifisch. Es wer-

den verbindliche Fertigungsunterlagen, beispielsweise nach den Normen der Reihe

ISO 128 (vgl. Abschnitt 2.1.2) und Dokumente für den Nutzer erstellt.229

2.2 Das Verständnis der Nachhaltigkeit

Wie bereits in Abschnitt 1 dargelegt, sind in der konstruktionsmethodischen Forschung

keine Ansätze zur Entwicklung nachhaltiger Produkte unter integraler und gleichrangi-

ger Berücksichtigung der drei Dimensionen der Nachhaltigkeit vorhanden. In dieser

Arbeit wird im Sinne der Entwicklung nachhaltiger Produkte die Verantwortung der

Produktentwicklung von der ökologischen Wirkung, berücksichtigt durch die GPPe

nach Abschnitt 2.1, hin zur ökonomischen und gesellschaftlichen Wirkung des zu ent-

wickelnden Produktes entlang des Produktlebenslaufes erweitert.230 Die Sozialbilanz

zur Beurteilung der sozialen bzw. gesellschaftlichen Dimension der Nachhaltigkeit und

die Lebenslaufkosten zur Beurteilung der ökonomischen Dimension der Nachhaltigkeit

werden als Gegenstücke zur Ökobilanz angesehen, die ebenfalls auf der Betrachtung

des gesamten Produktlebenslaufs beruht.231

In unterschiedlichen Forschungsdisziplinen präsentiert sich die Mehrdimensionalität

der Nachhaltigkeit in unterschiedlichen Partialmodellen. In der Literatur sind Säu-

len- und Schalen-Modelle, geometrische Formen und Körper oder Schnittmengenmo-

delle und verschiedenste Variationen und Kombinationen verbreitet.232 Sämtliche Par-

224 Pahl et al. 2007, S. 305; Borsdorf 2007, S. 33 225 Hubka 1984, S. 101; Ponn und Lindemann 2011, S. 133; Birkhofer und Wäldele 2008, S. 22ff.; sinngemäß auch in Gramlich 2013, S. 121; in VDI 2223, S. 12ff. werden unabhängige Produkteigenschaften als direkte festlegbare Eigenschaften bzw. Beschaffenheitseigenschaften und abhängige Produkteigenschaften als indirekte festlegbare Eigenschaften bzw. Funktions- bzw. Relationseigenschaften bezeichnet. 226 Ponn und Lindemann 2008, S. 121 227 Pahl et al. 2007, S. 312ff. 228 Pahl et al. 2007, S. 552 229 Pahl et al. 2007, S. 551ff. 230 Hanusch und Birkhofer 2008, S. 211ff.; Yun-hee et al. 2009, S. 2 231 Klöpffer 2003, S. 157 232 von Hauff und Kleine 2009, S. 117ff.; Kleine 2009, S. 73ff.; Hanusch 2011, S. 9ff.

29

tialmodelle stimmen darin überein, dass die ökonomische, ökologische und gesell-

schaftliche233 Dimension integrativ berücksichtigt wird (vgl. Abschnitt 1).234 Die Stan-

dardisierung der Ökobilanz zur Beurteilung der ökologischen Nachhaltigkeit hat dabei,

trotz der herrschenden Wechselwirkung der Dimensionen, eine separate nicht inte-

grale Betrachtung der Nachhaltigkeitsdimensionen zur Folge.235

Die klassischen Modelle zur Darstellung der ganzheitlichen Nachhaltigkeit als Hilfsmit-

tel der Operationalisierung sind das Drei-Säulen-Modell, Schnittmengen- bzw. Drei-

klangmodelle und das Nachhaltigkeitsdreieck nach Bild 2-6.236

Drei-Säulen-Modell Schnittmengen-/

Dreiklangmodell

Nachhaltigkeitsdreieck

Bild 2-6: Die drei klassischen Modelle der Nachhaltigkeit237

In der Industrie hat sich zur qualitativen Beschreibung der Nachhaltigkeit das Drei-

Säulen-Modell etabliert.238 Die Nachhaltigkeit als Dach wird durch die drei Dimensio-

nen, bildlich durch isoliert stehende Säulen dargestellt, getragen. Die Ebenbürtigkeit

der Dimensionen wird über die Höhe der Säulen verbildlicht, die Qualität der Ziele

durch den Durchmesser.239 Darin liegt der Hauptkritikpunkt an dem zur Darstellung der

Nachhaltigkeit verwendeten Säulenmodell. Die statische Überbestimmtheit lässt ein

Entfernen einer Säule ohne eine Auswirkung auf das Dach zu.240 Zudem ist eine Säule

mit sehr kleinem Durchmesser nicht tragfähig.241 Weiterhin sind durch isolierte Säulen

Abhängigkeiten und Wechselwirkungen zwischen den Dimensionen der Nachhaltigkeit

über dieses Modell nicht abbildbar.242

Im Schnittmengenmodell werden die Dimensionen über die Kreise verbildlicht. Durch

die Überlappung wird eine Abhängigkeit und Zugehörigkeit von Zielen mehrerer Di-

mensionen verdeutlich. Die Schnittmenge aller drei Kreise repräsentiert den Zustand

der Nachhaltigkeit. Dadurch wird die nachhaltige Entwicklung auf die Schnittmengen

233 Hanusch 2011, S. 10 und Schäfer und Apostolov 2014, S. 372 benutzen sozial und gesellschaftlich synonym. Dubielzig 2009, S. 12ff. diskutiert unter Verweis auf andere Autoren die Bipolarität dieser Dimension. In dieser Arbeit wird die Terminologie der gesellschaftlichen Dimension bevorzugt. Die Benennung soziale Dimension impli-

ziert ein gemeinnütziges bzw. selbstloses Bemühen, siehe hierzu Bibliographisches Institut GmbH 2014f und Kneer und Kilian 2000, S. 495. 234 Blank 2001, S. 375ff. 235 Kloepffer 2008, S. 93 236 Pufé 2012b, S. 33ff. 237 Pufé 2012b, S. 34 238 Schäfer und Apostolov 2014, S. 372 239 von Hauff und Kleine 2009, S. 117 240 von Hauff und Kleine 2009, S. 117 241 von Hauff und Kleine 2009, S. 118 242 von Hauff und Kleine 2009, S. 118; Schäfer und Apostolov 2014, S. 372

Wir

tsch

aft

Um

we

lt

Ge

sellscha

ft

Nachhaltigkeit

ertäglich

dauerhaft

überlebens-

fähig

gerechtGesellschaft

Ökonomie

Ökologie

Ökonomie

Ökologie Gesellschaft

Integration

30

beschränkt.243 Beispielsweise sieht die Organisation für wirtschaftliche Zusammen-

arbeit und Entwicklung (Organisation for Economic Cooperation and Develop-

ment-OECD) eine hinreichende Bedingung für die nachhaltige Entwicklung in der

Schnittmengenbildung zweier Dimensionen.244 Die Darstellung von Schnittmengen

suggeriert zudem eine völlige Widerspruchsfreiheit zwischen den Dimensionen.245

Eine „Steigerung“ der Nachhaltigkeit ist somit durch eine Vergrößerung eines Kreises

möglich. Diese Betrachtung der voneinander unabhängigen Dimensionen der Nach-

haltigkeit über eine Mengendarstellung wird für die Definition eines nachhaltigen Pro-

duktes durch YUN-HEE ET AL. entsprechend Bild 2-7 zugrunde gelegt.

Bild 2-7: Definitorische Darstellung eines nachhaltigen Produktes246

Ein nachhaltiges Produkt erfüllt ökonomische, ökologische und soziale Aspekte. Ein

ökonomisches Industrieprodukt ist dabei eine Teilmenge umweltfreundlicher Produkte,

die wiederum eine Teilmenge nachhaltiger Produkte darstellt.

Für die Betrachtung der Nachhaltigkeit in der Konstruktionsforschung hat sich das

Dreiecksmodell zur Darstellung der Abhängigkeiten und Wechselwirkungen zwischen

der ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Dimension durchgesetzt. Das

Dreieck spiegelt den Grundgedanken der Nachhaltigkeit im Vergleich zu den anderen

zwei klassischen Modellen der Nachhaltigkeit am deutlichsten wider.247

In dem von HANUSCH präsentierten Nachhaltigkeitsdreieck nach Bild 2-8 steht im Zen-

trum des Interesses das (zu entwickelnde) Produkt. Der Produktlebenslauf wird unter

den einzelnen Dimensionen der Nachhaltigkeit aufgeteilt. „Die Gesellschaft dient bei-

spielsweise der Bereitstellung von Arbeitskraft für die ökonomische Dimension […].“248

Umgekehrt stellt die ökonomische Dimension der Gesellschaft Güter und Dienstleis-

tungen zur Verfügung, zu denen das Produkt gehört. Somit werden ver- und bearbei-

tende Prozesse der Ökonomie zugeordnet. Die Nutzung der Güter und Dienstleistun-

gen und damit auch des Produktes findet in der Gesellschaft statt, ohne die zu erwar-

tende negative Wirkung auf die Ökologie durch die stattfindenden Nutzungsprozesse.

Dass Produkte auch zur Leistungserstellung als Investitionsgüter eingesetzt werden,

243 von Hauff und Kleine 2009, S. 119 244 OECD 2000, S. 139ff. 245 Müller-Christ 2001, S. 72ff. 246 in Anlehnung an Yun-hee et al. 2009. S. 2 247 Zukunftskommission der Friedrich-Ebert-Stiftung 1998, S. 21ff. 248 Hanusch 2011, S. 54

Industrieprodukte

Ökonomische

Aspekte

Ökologische

AspekteSoziale

AspekteUmweltfreundliche Produkte

Nachhaltige Produkte

31

wird nicht berücksichtigt. Die Ökonomie dagegen besitzt eine negative Wirkung auf die

Ökologie durch die Abfälle und Abgase der ver- und bearbeitenden Prozesse.

Bild 2-8: Der Zusammenhang zwischen technischen Produkten und den Dimensionen der Nachhaltig-keit249

Dieses Modell zeigt das herrschende inkonsistente Verständnis der Nachhaltigkeit und

der fehlenden konsistenten Strukturierung und Kategorisierung der Dimensionen auf.

Dies wird besonders an der gesellschaftlichen Dimension deutlich. Obwohl der Einsatz

des Produktes in der Gesellschaft erfolgt, hat dieser keine Wirkung auf die Ökologie,

wie sie beispielsweise die ver- und bearbeitenden Prozesse innerhalb der Ökonomie

haben. Daher wird im Folgenden näher auf die Dimensionen der Nachhaltigkeit einge-

gangen und auf Grundlage des allgemeinen Verständnisses ökologischer, ökonomi-

scher und gesellschaftlicher Zusammenhänge eine Abgrenzung der Dimensionen

durchgeführt. Ziel ist die Eingrenzung möglicher Aktionsparameter der Produktent-

wicklung auf die Nachhaltigkeit. Dabei werden in Bezug auf Abschnitt 2.1.3 die Nach-

haltigkeitseigenschaften des Produktes als von Gestalt- und Werkstoffeigenschaften

abhängig verstanden.

2.2.1 Die Dimensionen der Nachhaltigkeit

Der Begriff der Dimensionen der Nachhaltigkeit hat sich seit Mitte der 1990er Jahre

international durchgesetzt.250 Eine Definition der Dimension im Kontext der Nachhal-

tigkeit wird jedoch nicht vorgenommen. HAUF UND KLEINE setzten die Dimensionen der

Nachhaltigkeit mit dem ökologischen, ökonomischen bzw. gesellschaftlichen Kapital

gleich.251 In diesem Kapitel wird in Anlehnung an die physikalische Dimension als

quantitative Erfassung von Phasengrenzen mehrerer Medien der Dimensionsbegriff

zur Abgrenzung von Systemen durch eine Systemgrenze verstanden.252

249 Hanusch 2011, S. 54 250 von Hauff und Kleine 2009, S. 17 nach Blank 2001, S. 375ff. 251 von Hauff und Kleine 2009, S. 23 252 Zum Dimensionsbegriff siehe auch Stoffel 2014, S. 51.

Gesell-

schaft

Öko-

nomie

Öko-

logie

Produkt

Arbeit

Güter,Dienst-

leistungen

Schutz, Pflege

Natürl. Lebens-

grundlage,

Ästhetik

Abfälle,Abgase

Rohstoffe,Energie

Anforderungen

und Einflüsse

32

2.2.1.1 Die ökologische Dimension

Im Sinne des Brundtland-Berichtes wird unter der ökologischen Nachhaltigkeit die Er-

haltung des ökologischen Systems verstanden.253 Die ökologische Dimension bildet

das ökologische System bzw. die Umwelt ab.254 Für die Umwelt werden fälschlicher

Weise die Begriff Ökosphäre255, Geosphäre und Biosphäre synonym verwendet.256

Durch anthropogene257 Stoffeinträge bzw. -austräge wirkt der Mensch auf die Öko-

sphäre ein. Sie dient als Quelle für Rohstoffe und Senke für Emissionen.258 Als verant-

wortliche Akteure sieht VON HAUFF die Politik, Unternehmen, Haushalte und Verbände

wie die Gewerkschaften.259 Ökologisch nachhaltige Unternehmen werden beispiels-

weise folgenden drei grundlegenden Ansprüchen gerecht:260

1. Der Verbrauch natürlicher Ressourcen oder Substitute während der Leistungs-

erstellung liegt unter der natürlichen Reproduktion oder technischen Produk-

tion.

2. Die Abgabe von Emissionen oder Stoffen während der Leistungserstellung in

die Ökosphäre ist geringer als ihre Fähigkeit der Absorption.

3. Es findet keine Beteiligung der Unternehmen an Aktivitäten statt, die die Öko-

systemleistung abbaut.

Innerhalb der Produktlebenslaufbetrachtung haben entsprechend die Hersteller von

Werkstoffen, die Produzenten von Produkten wie auch der Nutzer die Aufgabe ihr Ver-

halten an die Beanspruchbarkeit der Ökosphäre anzupassen.

Die Methodik der Ökobilanz geht nach der Modellvorstellung der Ökosphäre davon

aus, dass sämtliche anthropogenen Einträge in die Ökosphäre in Form von Emissio-

nen und Austrägen aus der Ökosphäre, beispielsweise durch Rohstoffabbau, zu einer

Umweltwirkung führen.261 Diese anthropogenen Ein- und Austräge werden auch als

Elementarflüsse bezeichnet.262 Die Quantifizierung der Elementarflüsse einzelner Pro-

zesse erfolgt über die Sachbilanz.263 Sie individualisiert die realen Material- und Ener-

gieflüsse innerhalb der Technosphäre264 in die für das Partialmodell der Wirkungsab-

schätzung als Datenbasis dienenden Elementarflüsse.265 Dabei werden nicht nur die

253 von Hauff und Kleine 2009, S. 18 254 Enquete-Kommission 1998, S. 25 255 Huggett 1999, S. 430 sieht in den Terminus der Ökosphäre als am geeignetesten an, um die Betrachtung der Wechselwirkungen zwischen Menschen mit ihrer Umwelt durchzuführen. 256 Bahadir et al. 2000, S. 199 257 In der Literatur wird der Einfluss der technischen Prozesse, die den anthropogenen Einfluss auf die Dimensionen der Nachhaltigkeit modellieren, bei der Modellbildung der Nachhaltigkeit nicht berücksichtigt. 258 Enquete-Kommission 1998, S. 25; Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderun-gen 1996, S. 3f. 259 von Hauff 2011, S. 16 260 Dyllick und Hockerts 2002, S. 133; VDI 4070 Blatt 1, S. 14 schlägt entsprechende Kenngrößen vor. 261 DIN EN ISO 14040, S. 7 262 DIN EN ISO 14040, S. 9; DIN EN ISO 14040, S. 24 263 DIN EN ISO 14040, S. 5; DIN EN ISO 14040, S. 25ff. 264 DIN EN ISO 14040, S. 25 spricht von dem Produktsystem als Betrachtungsobjekt für die Sachbilanz. Es ist eine „Zusammenstellung von Prozessmodulen mit Elementar- und Produktflüssen, die den Lebensweg eines Produktes modelliert und die eine oder mehrere festgelegte Funktionen erfüllt“ DIN EN ISO 14040, S. 11. Da mit Prozessmo-dulen anthropogen verursachte Prozesse gemeint sind, wird hier nach Abschnitt 2.1.2 von der Technosphäre ge-sprochen. 265 DIN EN ISO 14040, S. 10

33

direkten Elementarflüsse des betrachteten Transformationssystemes bilanziert. Es er-

folgt ebenfalls eine Allokation bzw. eine Zuordnung der Elementarflüsse, die durch die

Lebensläufe der für die betrachteten Transformationssysteme nötigen Betriebsmittel

und -stoffe entstehen.266 Im Gegensatz zu der Produktlebenslaufbetrachtung nach der

GPPe werden somit sämtliche Transformationssysteme, die mit dem Lebenslauf des

zu entwickelnden Produktes über Material- und/oder Energieflüsse in Verbindung ste-

hen, berücksichtigt. Sie sind von den unabhängigen Werkstoff- und Gestalteigenschaf-

ten des zu entwickelnden Produktes, wie auch von den abhängigen Eigenschaften

möglicher Fertigungs- oder Montagearten267 und den dafür verwendeten Betriebsmit-

teln und -stoffen abhängig. Die Elementarflüsse werden durch ein Partialmodell über

Charakterisierungsfaktoren zu einem Wirkungsindikatorwert individualisiert.268 Die

Wirkungsindikatorwerte führen durch physikalische, chemische und biologische Pro-

zesse, die auch als Umweltwirkungsmechanismen bezeichnet werden, zu Änderungen

von Eigenschaften der Ökosphäre und damit zu einer Umweltwirkung.269 Die Quantifi-

zierung der Umweltwirkung erfolgt durch eine Individualisierung der Wirkungsindika-

torwerte über die Partialmodelle der Umweltmechanismen zu einem Wirkungsindika-

tor.270 Dabei werden die Umweltwirkungen in Kategorien wie die Erderwärmung, den

Abbau der Ozonschicht oder die Humantoxizität aufgeteilt.271

„Die Erstellung einer Ökobilanz wird zwar durch Computerprogramme unterstützt, ist

jedoch trotzdem sehr aufwendig.“272 Zur Abschätzung der ökologischen Wirkung kom-

men auch vereinfachte ökologische Bewertungsmethoden zum Einsatz.273 Sie verrin-

gern den Aufwand der Bilanzierung der Einflüsse von Transformationssystemen auf

die Ökosphäre. Bei der Methode Material-Input pro Serviceeinheit (MIPS)274 wird bei-

spielsweise der Material-Input als Pendant zu den Wirkungsindikatorwerten der Öko-

bilanz durch die Individualisierung der Materialflüsse über die Material-Intensitä-

ten (MIt) berechnet.275 Die MIPS-Methode geht über die Bilanzierung der Menge der

Stoffe der MIt-Kategorien nicht hinaus und sieht keine Individualisierung eines Wirkin-

dikators vor.

Beim Vergleich zweier Transformationssysteme ist dasjenige mit den geringeren Wir-

kungsindikatorwerten bzw. -indikatoren ökologisch nachhaltiger.276 Eine absolute Aus-

sage über die ökologische Nachhaltigkeit ist weder durch die Ökobilanz277 noch durch

die vereinfachten ökologischen Bewertungsmethoden vorgesehen. Somit liegt die Auf-

266 DIN EN ISO 14040, S. 10 267 VDI 2223, S. 13 268 DIN EN ISO 14044, S. 39ff. 269 DIN EN ISO 14044, S. 13 270 DIN EN ISO 14044, S. 37ff. 271 Kloepffer und Grahl 2009, S. 204; ISO/TR 14047, S. 18ff. 272 Birkhofer et al. 2012, S. 570 273 Zhao 2013, S. 21 274 Bei Schmidt-Bleek und Klüting 1993, S. 108: Material-Intensität pro Serviceeinheit, bei Ritthoff et al. 2002, S. 9: Material-Input pro Serviceeinheit; aufgrund Formel (4) wird hier Material-Input pro Serviceeinheit verwendet. 275 Ritthoff et al. 2002, S. 14 276 DIN EN ISO 14040, S. 10. 277 DIN EN ISO 14044, S. 9ff.; Birkhofer und Grüner 2002, S. 221

34

gabe der Produktentwicklung bezüglich der ökologischen Nachhaltigkeit in der Aus-

wahl der Konzept-, Gestalt- bzw. Produktvariante mit dem geringsten synthetisierten

Wirkungsindikator bzw. -indikatorwert.278

2.2.1.2 Die ökonomische Dimension

Die ökonomische Dimension der Nachhaltigkeit bildet sämtliche Bereiche ökonomi-

scher Aktivitäten ab.279 Sie wird auch als Ökonosphäre bezeichnet.280 Das allgemeine

Verständnis des ökonomisch nachhaltigen Zustandes unterscheidet sich auf volkswirt-

schaftlicher bzw. betriebswirtschaftlicher Ebene und auf Ebene von Privathaushalten

nicht.281 Unabhängig von der betrachteten Wirtschaftseinheit282 funktioniert ein ökono-

misch nachhaltiges Wirtschaften auf lange Zeit.283 Die Einnahmen innerhalb einer Zeit-

periode dürfen die Ausgaben in derselben Zeitperiode nicht überschreiten.284 Vonsei-

ten des Gesetzgebers wird die ökonomische Nachhaltigkeit sinngleich für unterschied-

liche Wirtschaftseinheiten gemäß Insolvenzordnung (InsO) durch die Zahlungsunfä-

higkeit und die Überschuldung eines Schuldners implizit definiert.285

„Überschuldung liegt vor, wenn das Vermögen des Schuldners die bestehenden

Verbindlichkeiten nicht mehr deckt. Bei der Bewertung des Vermögens des

Schuldners ist jedoch die Fortführung des Unternehmens zugrunde zu legen,

wenn diese nach den Umständen überwiegend wahrscheinlich ist.“286

Die Insolvenzgründe beziehen sich damit auf die Möglichkeit eines Schuldners jetzt

und in Zukunft den Zahlungsverpflichtungen nachzukommen, also auf die Liquidität287.

Kennzahlen zur Bilanzierung der ökonomischen Nachhaltigkeit bewegen sich entspre-

chend den Wirtschaftseinheiten auf unterschiedlichen Aggregationsebenen.288 Typi-

sche volkswirtschaftliche Kennzahlen sind die Inflationsrate, die Staatsverschuldung

oder das Bruttoinlandsprodukt.289 Sie werden auch als gesamtgesellschaftliche Kenn-

zahlen290 bezeichnet.291 Ökonomisch nachhaltige Unternehmen garantieren zu jeder

278 Nach DIN EN ISO 14044, S. 8 ist eine Auswertung der Ökobilanz anhand der Wirkungsindikatoren und/oder -in-dikatorwerten zugelassen. 279 Boulding 2006, S. 11 280 Boulding 2006, S. 11ff. 281 Je nach Wirtschaftseinheit wird das zu entwickelnde Produkt als Konsum- oder als Investitionsgut verstanden. 282 Barthelmes 2013, S. 9 unterscheidet die Wirtschaftseinheiten Privathaushalt, Betriebe und öffentliche Haus-halte. Bei Privathaushalten werden zwischen Einzelpersonen und Familien, bei Betrieben zwischen Unternehmen, Verwaltungen und öffentlichen Betrieben unterschieden. 283 Drumbl 2012, S. 157 284 Hicks 1946, S. 172 285 InsO § 12 Abs. (2) 286 InsO § 19 Abs. (2); dieses Verständnis gilt auch für Privathaushalte während des Verbraucherinsolvenzverfah-rens nach InsO § 300 Abs. (1). 287 Die Liquidität ist nach Thommen und Achleitner 2012, S. 567f. und Thommen und Achleitner 2012, S. 646ff. eine Kennzahl zur Beurteilung der Zahlungsbereitschaft bzw. der Solvenz eines Unternehmens oder einer Privat-person. 288 Bardt 2011, S. 13 289 Bardt 2011, S. 14ff. 290 Dierkes 1974, S. 44ff. benutzt die volkswirtschaftlichen Kennzahlen als Indikatoren für die gesellschaftliche Di-mension. 291 Dierkes 1974, S. 33; Dierkes 1974, S. 44ff.

35

Zeit einen Geldfluss in genügender Höhe zur Sicherstellung der Liquidität.292 Die öko-

nomische Nachhaltigkeit eines Unternehmens wird somit mit dem wirtschaftlichen Er-

folg gleichgesetzt,293 der u. a. durch die Kennzahlen des Betriebsergebnisses, der

Eigenkapitalquote oder der Kapitalrendite widergegeben wird294. Die betriebswirt-

schaftlichen Kennzahlen entsprechen den klassischen finanzwirtschaftlichen Kenn-

zahlen,295 die für die Bilanzanalyse einer Periode erhoben werden.296 Sie sind i. d. R.

produktübergreifend, da in dem Bilanzierungszeitraum eines Unternehmens mehrere

Produkte gleichzeitig entwickelt oder vertrieben werden. Somit sind die Partialmodelle

zu der Methode zur Bestimmung der betriebswirtschaftlichen Kennzahlen inkonsistent

zur Lebenszyklus-Kostenrechnung. Während bei der Lebenszyklus-Kostenrechnung

der Lebenszyklus eines Produktes das zeitliche Verkürzungsmerkmal darstellt, wird

bei der klassischen Kostenrechnung die Bilanzierungsperiode zur Modellierung ge-

nutzt.297 Der Lebenszyklus eines Produktes fällt i. d. R. nicht mit dem Bilanzzeitraum

eines Unternehmens zusammen.298 Die Methode der Lebenszyklus-Kostenrechnung

berücksichtigt ausschließlich die Kosten eines Produktes,299 die Bilanzierungsmetho-

den erfassen zudem auch Einnahmen in Form von beispielsweise Umsätzen.

Das zu entwickelnde Produkt trägt somit zur ökonomischen Nachhaltigkeit des ent-

wicklungsnahen Unternehmens bei, wenn es zum wirtschaftlichen Unternehmens-

erfolg beiträgt.300 Aus Sicht des Unternehmens beeinflusst die Produktentwicklung

über die Kosten als abhängige Eigenschaften301 die ökonomische Nachhaltigkeit. Bei-

spielsweise beeinflusst die Produktentwicklung bis zu 70 % der Selbstkosten eines

Produktes.302

Bei unternehmerischen Ausgaben bzw. Einnahmen wird auch von Nominalgüterflüs-

sen gesprochen.303 Nominalgüter sind immaterielle Güter wie Geld und Ansprüche auf

Geld, Darlehen oder Beteiligungen. Sie bilden den nominellen Geldwert von Realgü-

tern des Beschaffungs- und Absatzmarktes ab (vgl. Bild 2-9).304

292 Dyllick und Hockerts 2002, S. 133; Loew et al. 2004, S. 66 293 Hanusch 2011, S. 43 294 VDI 4070 Blatt 1, S. 12 295 Töpfer 2007, S. 1059–1063 296 Heesen und Gruber 2014, S. 111ff. 297 Joos-Sachse 2006, S. 290f. 298 „Meistens wird nicht nach den Gesamtkosten während der gesamten Lebensdauer des Produktes, den soge-nannten "Life-Cycle-Costs" gefragt, sondern nach den Gesamtkosten, die durchschnittlich pro Jahr anfallen“ VDI 2225 Blatt 1, S. 9. Diese Diskrepanz führt dazu, dass Investitionsgüter mit geringeren Anschaffungskosten von Unternehmen vor Investitionsgütern mit geringeren über den Lebenszyklus summierten Kosten bevorzugt werden. Geringere Anschaffungskosten schlagen sich in der Bilanzierung über eine Periode schwächer nieder als geringere Lebenszykluskosten trotz höherer Anschaffungskosten. 299 Woodward 1997, S. 335ff. 300 Sutcliffe et al. 2009, S. 292ff. 301 VDI 2223, S. 13 302 VDI 2235, S. 3 303 Kosiol 1968, S. 138; VDI 2234, S. 9 304 Kosiol 1968, S. 136

36

Realgüter werden in körperliche Sachgüter wie Material, Erzeugnisse und Gebäude

und immaterielle Realgüter wie Arbeitskraft bzw. Humankapital305, Dienste oder Infor-

mationen unterteilt.306 Die leistungswirtschaftlichen Bearbeitungsprozesse innerhalb

des produktentwicklungsnahen Unternehmens, in Bild 2-9 als erfolgswirtschaftlicher

Prozess bezeichnet, benötigen diese Realgüter zur Leistungsbildung.307

Bild 2-9: Das Partialmodell der Betriebswirtschaft308

Als Leistung wird die bewertete sachzielbezogene Nominalgüterentstehung im Rah-

men betrieblicher Tätigkeiten bezeichnet, was der Veredelung entspricht.309 Die be-

schafften Realgüter werden durch eine Veredelung zu absetzbaren Realgütern bzw.

Produkten transformiert. Durch den Absatz erfolgt ein Geldanspruch seitens des

Unternehmens an den Absatzmarkt und es fließen positive Nominalgüter in Form von

Einnahmen. Dabei werden nicht ausschließlich die zu entwickelnden Produkte abge-

setzt. Das produktentwicklungsnahe Unternehmen stellt anderen Transformationssys-

temen der Technosphäre ebenfalls Material zur Verwertung bzw. Verwendung und

Leistungen zu Verfügung.310 Innerhalb der leistungswirtschaftlichen Prozesse, die den

produktentwicklungsnahen Teilprozessen der Bearbeitung entsprechen, erfolgt somit

eine Wertschöpfung bezogen auf die gesamte Prozesskette vom Eingang der Realgü-

305 Mohr 1997, S. 13; Dyllick und Hockerts 2002, S. 134; von Hauff und Kleine 2005, S. 10 306 Kosiol 1968, S. 138, VDI 2234, S. 8 307 VDI 2234, S. 8 308 VDI 2234, S. 8 309 Westkämper 2006, S. 33ff.; 310 Zu den Umsätzen, die dem Produkt zugeschrieben werden, zählen nach Statistisches Bundesamt 2015b, S. 317 ebenfalls Erlöse aus Reparaturen oder den Verkauf von Koppelprodukten.

37

ter in das produktentwicklungsnahe Unternehmen bis zum Ausgang hin zum Absatz-

markt.311 Die reinen Finanzbewegungen über den Kapitalmarkt sind unabhängig von

Realgüterflüssen.312 Sie dienen der Beschaffung von Fremdkapital.313 I. d. R. ist der

Nominalgüterfluss des Kapitalmarktes in das Unternehmen durch Zinsen geringer als

der aus dem Unternehmen.314 Die Zinsen werden den Kosten zugerechnet.315 Der Um-

satz entspricht den Nominalgüterflüssen des Absatzmarktes in das Unternehmen und

wird bei Sachgütern bzw. Gegenständen über das Produkt aus Absatzmenge und dem

Mengenpreis berechnet.316 Die Verrechnung der Realgüterflüsse zu den Nominalgü-

terflüssen der Ausgaben und der Einnahmen zum finanzwirtschaftlichen Gewinn bzw.

Verlust erfolgt in der Finanzwirtschaft über die Geldeinheit (Ge)-Äquivalente mit ent-

sprechenden Vorzeichen.317 Die Finanzwirtschaft bildet die Büroprozesse318 ab. Die

Finanzwirtschaft umfasst die Beschaffung von Kapital und dessen Verwendung.319 Ihr

Hauptziel innerhalb eines Unternehmens ist die Sicherstellung der Liquidität als Kenn-

zahl des ökonomisch nachhaltigen Zustandes (vgl. Abschnitt 2.2.1.2).320 Somit bildet

die Finanzwirtschaft des Unternehmens, in Bild 2-9 mit finanzielle Mittel der Unterneh-

mung umschrieben, die Ökonosphäre desselben ab. Die Finanzwirtschaft individuali-

siert über betriebswirtschaftliche Geschäftsprozesse321 die Liquidität. Sie individuali-

siert die Liquidität über die Flüsse positiver Nominalgüter bzw. die Einnahmen und den

Fluss negativer Nominalgüter bzw. den Ausgaben als ökonomische Indikatorwerte

über unternehmensspezifische ökonomische Partialmodelle. Nach THOMSEN wird die

Liquidität über die flüssigen bzw. liquiden Mittel, die den Bilanzposten des Handelsge-

setzbuches (HGB) Kassenbestand, Bundesbankguthaben, Guthaben bei Kreditinstitu-

ten und Schecks und ggf. sonstige Wertpapiere entsprechen, individualisiert.322

Aus Sicht des Kunden wird analog zu den Ausführungen dieses Abschnittes der öko-

nomisch nachhaltige Zustand durch eine positive Summe aus Ausgaben und Einnah-

men erreicht. Dabei wird zwischen Kunden der Investitions- und Konsumgüterindustrie

unterschieden.323 Kunden der Investitionsgüterindustrie schöpfen durch das Produkt

als Operator, beispielsweise während einer Ver- oder Bearbeitung, Wert für das Unter-

nehmen durch die Transformation eines Materiales im Sinne einer Veredelung.324

311 Kiener et al. 2009, S. 4–5 312 Kosiol 1968, S. 145 313 VDI 2234, S. 6f. 314 VDI 2234, S. 16 315 VDI 2234, S. 16 316 VDI 2234, S. 28 317 In Anlehnung an VDI 2234, S. 9; die Analogie zur Sachbilanzierung ist erkennbar. 318 Berkau 1998, S. 27 319 Zantow und Dinauer 2011, S. 36 320 Zantow und Dinauer 2011, S. 36ff. 321 Berkau 1998, S. 27 322 Thomsen 2010, S. 219ff. 323 Schabacker und Vajna 2014, S. 545f. 324 Westkämper 2006, S. 33ff.;

38

Technisch-wirtschaftliche Gründe entscheiden über den Kauf.325 Die Nutzungskos-

ten326 sind bekannt und werden durch den Lieferanten des Investitionsgutes zur Ver-

fügung gestellt.327 Das Investitionsgut ist direkt an einer Leistungserstellung und damit

einem positiven Nominalgüterfluss beteiligt. Im Unterschied zu Investitionsgütern füh-

ren Konsumgüter in der Nutzung durch Basis-, Leistungs- und Begeisterungseigen-

schaften328 zu einem subjektiven Nutzen bzw. Wert für den Kunden.329

Somit sieht sich die Produktentwicklung in Bezug auf das Erreichen eines ökonomisch

nachhaltigen Zustandes nicht nur vor die Aufgabe gestellt unterschiedliche Anspruchs-

gruppen in Form des produktentwicklungsnahen Unternehmens und des Kunden und

deren variablen Verhaltens und vermeintlich irrationale oder diffuse Anforderungen330

zu berücksichtigen. Sondern auch sind während der Produktentwicklung aufgrund der

unterschiedlichen Anspruchsgruppen unterschiedliche Methoden und Partialmodelle

zur Bestimmung der Einnahmen und Ausgaben einzelner Anspruchsgruppen als Indi-

katorwerte eines ökonomisch nachhaltigen Zustandes zu berücksichtigen.

2.2.1.3 Die gesellschaftliche Dimension

Im Gegensatz zu den beiden anderen Dimensionen ist die gesellschaftliche Dimension

der Nachhaltigkeit inhaltlich nicht ausgestaltet (siehe Abschnitt 1).331 Das liegt nicht

zuletzt an dem Verständnis der Gesellschaft. Unter Gesellschaft wird die „Gesamtheit

der Menschen, die zusammen unter bestimmten politischen, wirtschaftlichen und so-

zialen Verhältnissen leben“332, verstanden. Sie grenzt sich territorial von anderen Ge-

sellschaften ab und ist durch eine normative Sozialstruktur geprägt.333 In der Sozial-

wissenschaft wird auch von der Soziosphäre gesprochen.334 Sie beinhaltet die Men-

schen und ihre Organisation untereinander.335 Sie hat sich über die Jahrhunderte unter

dem Einfluss der Religionen, nationaler Verfassungen und der Gesetzgebungen ent-

wickelt.336 Somit legt das Verständnis der Gesellschaft die Verkürzungsmerkmale auf

territoriale Gebiete mit der gleichen oder ähnlichen normativen Sozialstruktur und einer

ähnlichen zwischenmenschlichen Organisation fest.

325 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 31 326 Unter Nutzungskosten werden in Anlehnung an Dannheim 1999, S. 46. nach Dannheim und Birkhofer 1998, S. 28 die Kosten für den Kauf, die Inbetriebnahme, die Benutzung, die Wartung bzw. Reparatur und die Außerbe-triebnahme verstanden. 327 Schabacker und Vajna 2014, S. 545; VDI 2884, S. 3 stellen eine Methode zur kundenseitigen Abschätzung der Nutzungskosten von Investitionsgütern ab dem Kauf bzw. der Beschaffung bereit. Bode et al. 2011, S. 12ff. haben ebenfalls eine standardisierte Erfassung der Nutzungskosten für Investitionsgüter erarbeitet, die als Grundlage des VDMA-Einheitsblattes 34160 dient. Beide Methoden berücksichtigen durch die zugrunde gelegten Partialmodelle ausschließlich den Lebenszyklusteil der Nutzung (gate-to-grave). Beispielsweise wird bei VDMA 34160, S. 3 als Lebenszyklus die Entstehung mit den Kostenelementen Anschaffung, Inbetriebnahme und Infrastruktur, den Be-trieb und die Verwertung als Verkürzungsmerkmal des Lebenszyklus definiert. 328 Kano et al. 1984, S. 147ff. 329 Redlich 2011, S. 23 330 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 31. 331 u. a. von Hauff und Kleine 2009, S. 20; Müller 2002, S. 15; Hanusch 2011, S. 33; Maxwell et al. 2003, S. 888; Leinscheid 2000, S. 501 332 Bibliographisches Institut GmbH 2014c 333 o. V. 1981, S. 20 334 Boulding 2006, S. 12ff. 335 Boulding 1978, S. 22 336 Kassas 1987, S. 119

39

Zur Beschreibung einer gesellschaftlich nachhaltigen Entwicklung werden Schlag-

worte wie die Grundbedürfnisbefriedigung und Verwirklichungschancen,337 Chancen-

gleichheit und Partizipation am materiellen Wohlstand338 oder die „selbstbestimmte

Lebensführung durch eigene Arbeit“339 verwendet. Im Zusammenhang mit der gesell-

schaftlichen Nachhaltigkeit wird auch vom Konzept des Sozialkapitales gesprochen.340

Im Gegensatz zum Humankapital der Ökonosphäre (vgl. Abschnitt 2.2.1.2) berück-

sichtigt das Sozialkapital nicht das ökonomische Leistungspotenzial einer Bevölke-

rung341, sondern die Eigenschaften sozialer Strukturen der menschlichen Interak-

tion.342 Das Verständnis des Sozialkapitales ist in der Soziologie nicht eindeutig. Ein

einheitliches Verständnis bzw. eine einheitliche Modellierung ist nicht zu finden.343

EMPACHER UND WEHLING bezeichnen es als „diffus“.344 PUTNAM modelliert das Sozial-

kapital durch die Unterscheidung zwischen dem Sozialkapital, das zwischen unter-

schiedlichen Menschen wie Arbeitskollegen Brücken bildet und dem Sozialkapital, das

ähnliche Menschen wie Familienmitglieder zusammenbringt und bindet.345 WOOLCOCK

erweitert das Modell um eine Verbindung der Menschen zu der institutionellen Ebene,

die den Rahmen der menschlichen Interaktion repräsentiert.346 Die leistungswirtschaft-

liche Nutzung von Humankapital setzt vorhandenes Sozialkapital voraus.347

Analog zu den Schlagworten wird ein entsprechendes Spektrum an instrumentell-funk-

tionellen Indikatoren zur Analyse der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit verwendet. Bei-

spielsweise schlägt die OECD fünf Indikator-Bereiche mit mehr als 40 Indikatoren zur

Bewertung der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit der Mitgliedsstaaten vor.348 Sie bilden

das Sozialkapital ab, das die Verbindung zu der institutionellen Ebene schafft. Da-

runter fallen sowohl objektive Indikatoren wie die Arbeitslosigkeit, die Selbstmordrate

oder die Lebenserwartung als auch subjektive Indikatoren wie das Wohlbefinden. Auf

der Ebene von Staaten werden für die Sozialberichterstattung vier Indikator-Bereiche

mit insgesamt 15 Indikatoren definiert. Dazu zählen die Armutsgefährdungsquote, die

Bruttoausgaben für Sozialhilfe, die Anzahl an Schulabbrechern oder die Erwerbslo-

senquote. Der Vertrag von Amsterdam stellt in dem Zusammenhang die herausra-

gende Rolle der Beschäftigungsniveaus zum sozialen Fortschritt heraus.349

337 von Hauff und Kleine 2009, S. 20 338 Boms 2008, S. 94 339 Blazejczak et al. 2000, S. 72; Brandl und Hildebrandt 2002, S. 27 340 u. a. von Hauff und Kleine 2009, S. 21f.; Dyllick und Hockerts 2002, S. 134; Langer 2011, S. 11ff.; Schulz et al. 2001, S. 374f.; Hediger 1999, S. 1123ff. 341 Mohr 1997, S. 13; Dyllick und Hockerts 2002, S. 134 342 Putnam 1995, S. 664f.; Coleman 1994, S. 300ff.; Coleman 1988, S. 98; Bourdieu 1983, S. 190ff. 343 Adam und Roncevic 2005, S. 216 344 Empacher und Wehling 2002, S. 29ff. 345 Putnam und Goss 2001, S. 28f. 346 Woolcock 1998, S. 187; siehe auch Healy et al. 2001, S. 42ff. 347 Langer 2011, S. 14 348 OECD 2014, S. 85ff. 349 Vertrag von Amsterdam, Art. 1 Abs. 5

40

Auf betriebswirtschaftlicher Ebene werden wiederum andere Indikatoren herangezo-

gen. Sie gehen auf das brückenbildende Sozialkapital ein. Unternehmen haben ge-

sellschaftliche Verantwortung, auch corporate social responsibility genannt.350 Gesell-

schaftlich nachhaltige Unternehmen erhöhen den Mehrwert für die Gemeinden, indem

sie zur Erhöhung des Humankapitals sowie zur Förderung des gesellschaftlichen Ka-

pitals dieser Gemeinden beitragen.351 Aus diesem Verständnis wird das Verkürzungs-

merkmal der territorialen Bereiche auf der betriebswirtschaftlichen Aggregationsebene

auf Gemeinden bzw. den Einzugsbereich des Unternehmens definiert. Weiterhin ver-

walten gesellschaftlich nachhaltige Unternehmen das soziale Kapital in einer Weise,

sodass die Beweggründe nachvollziehbar sind und mit dem Wertesystem der Gesell-

schaft übereinstimmen.352 Somit wird zwischen einer internen gesellschaftlichen Ver-

antwortung bezogen auf das Humankapital und einer Externen bezogen auf das So-

zialkapital unterschieden.353 SCHWERK gibt einen Überblick verschiedener Methoden

der Bewertung der sozialen Nachhaltigkeit von Unternehmen.354

Die am weitesten verbreitete Methodik ist die Berichterstattung nach der GLOBAL RE-

PORTING INITIATIVE (GRI).355 Es werden Indikatoren zu insgesamt zehn Themenfeldern

vorgeschlagen.356 Die Soziosphäre betreffend werden Indikatoren auf folgende Felder

verkürzt:

Produktverantwortung mit neun Indikatoren zu den Aspekten:357

o Kundengesundheit und -sicherheit

o Kennzeichnung von Produkten und Dienstleistungen

o Werbung

o Schutz der Kundendaten

o Einhaltung von Gesetzesvorschriften

Arbeitspraktiken und menschenwürdige Beschäftigung mit vierzehn Indikatoren

zu den Aspekten:358

o Beschäftigung

o Arbeitnehmer-Arbeitgeber-Verhältnis

o Arbeitsschutz

o Aus- und Weiterbildung

o Vielfalt und Chancengleichheit

Menschenrechte mit neun Indikatoren zu den Aspekten:359

o Investitions- und Beschaffungspraktiken

o Gleichbehandlung

350 Hardke 2010, S. 18f.; Claussen 2012, S. 155ff.; Pommerening 2005, S. 27 351 Dyllick und Hockerts 2002, S. 134 352 Dyllick und Hockerts 2002, S. 134 353 Europäische Kommission, Generaldirektion Beschäftigung und Soziales, Referat EMPL/D.1 2001, S. 9ff. 354 Schwerk 2012, S. 342ff. 355 Schwerk 2012, S. 342; Müller 2012, S. 84 356 Global Reporting Initiative 2006, S. 26ff. 357 Global Reporting Initiative 2006, S. 36 358 Global Reporting Initiative 2006, S. 31 359 Global Reporting Initiative 2006, S. 33

41

o Vereinigungsfreiheit und Recht auf Kollektivverhandlungen

o Kinderarbeit

o Zwangs- und Pflichtarbeit

o Sicherheitspraktiken

o Recht der Ureinwohner

Gesellschaft mit acht Indikatoren zu den Aspekten:360

o Gemeinwesen

o Korruption

o Politik

o Wettbewerbswidriges Verhalten

o Einhaltung der Gesetze

Jedoch stehen nicht alle Aspekte mit den durch die Produktentwicklung antizipierbaren

und damit beeinflussbaren unabhängigen oder abhängigen Eigenschaften eines zu

entwickelnden Produktes nach Abschnitt 2.1.3 in Verbindung.361 Ob die Unterneh-

mensleitung des produktentwicklungsnahen Unternehmens oder eines Zulieferers kor-

rupt agiert, ob die Zulieferer Kinder als Arbeitskräfte einsetzen362 oder ob Kundendaten

geschützt werden, sind weder mit den unabhängigen noch abhängigen Produkteigen-

schaften in Verbindung zu bringen.363 Zudem sind die Maßstäbe der Indikatoren ge-

sellschafts- und damit territorialspezifisch. Beispielsweise wird in der Ersten Welt Kin-

derarbeit als sozial unverträglich angesehen, während viele Familien der Dritten Welt

durch das Einkommen aus der Kinderarbeit ihre Grundbedürfnisse decken.364 Weiter-

hin liegt es im Aufgabenbereich des Einkaufes, unter Berücksichtigung herrschender

Unternehmenskodexe, Lieferanten nach Zertifizierung, beispielsweise nach Social Ac-

countability 8000365, auszuwählen.366 Für das zu entwickelnde Produkt entsprechen

die Sicherheitsanforderungen für die Produktion und Nutzung den klassischen Anfor-

derungen nach Abschnitt 2.1. Somit bleibt aus Sicht der GRI die Beschäftigung aus

dem Themenfeld Arbeitspraktiken und menschenwürdige Beschäftigung als möglicher

360 Global Reporting Initiative 2006, S. 35 361 Hierbei wird eine in Deutschland als territorial abgegrenzte Gesellschaft stattfindende Produktentwicklung vo-rausgesetzt. 362 In den Medien ist der Fall „Kölner Heumarkt“ diskutiert worden. Laut WDR/SWR/ARD-alpha 2015 2008 sind die verlegten Pflastersteine von Kindern in Indien geklopft worden, obwohl nach Roters 2008 eine Unesco-Zertifizie-rung des Lieferanten vorgelegen hat und sowohl die Stadt Köln als Planer als auch der Verleger des Pflasters als Bearbeiter eine Gewissenserklärung abgegeben haben. 363 Im Produktentwicklungsprozess werden Entscheidung aufgrund von Anforderungen an das zu entwickelnde Produkt getroffen, wobei nicht alle Anforderungen durch die Produktentwicklung erfüllt werden können. Die Wahl für oder gegen einen Roh- oder Werkstoff werden i. d. R. auf Grundlage der Erfüllung der Anforderungen getroffen. Dabei obliegt die Auswahl der Zulieferer bzw. der Beschaffungsquellen nicht der Produktentwicklung. Ein und der-selbe Roh- bzw. Werkstoff unterschiedlicher Zulieferer kann Unterschiede in der indizierten sozialen Nachhaltigkeit aufweisen. Beispielsweise werden nach Bleischwitz und Guesnet 2012, S. 82ff. Rohstoffe auf Grund ihres Her-kunftslandes zu Konfliktrohstoffen. Der sog. Dodd-Frank Act beschränkt sich nach Dodd-Frank Wall Street Reform and Consumer Protection Act, SEC. 1502 bei der Definition von Konfliktrohstoffen auf Rohstoffe, die in oder durch die Demokratische Republik Kongo und Anrainerstaaten gewonnen oder gehandelt werden. 364 Brugger 2010, S. 184; an dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass der Autor, trotz dieses Literaturverweises, Kinderarbeit nicht rechtfertigt. 365 Social Accountability International 2014, S. 2ff. 366 Koplin 2006, S. 77ff.

42

Indikatorwert der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit eines zu entwickelnden Produktes

übrig.

HANUSCH definiert die gesellschaftliche Verantwortung der Produktentwicklung über die

Kriterien:367

Belastung des Umfeldes durch Lärm, Dämpfe, Staub, Hitze, Chemikalien oder

Abwasser

Umgang mit kritischen Produkten, Stoffen und Substanzen

Einsatz oder Förderung ethisch fragwürdiger Technologien oder Produkte mit

erhöhtem Risiko für die Menschheit

Die ersten beiden Kriterien sind nach Abschnitt 2.2.1 der Ökosphäre zuzuordnen und

werden durch entsprechende Wirkkategorien abgedeckt. HANUSCH definiert das Ver-

ständnis von ethisch fragwürdigen Technologien oder von Produkten mit erhöhtem Ri-

siko für die Menschheit nicht. TISCHNER UND CHARTER verstehen unter Ethik im Zusam-

menhang mit der Entwicklung gesellschaftlich nachhaltiger Produkte das Fremdbild

eines Unternehmens bzw. die Arbeitsbedingungen im Unternehmen und entlang der

Wertschöpfungskette.368 Ein Beispiel für die Entwicklung fragwürdiger Technologien

stellt das Manhattan-Projekt der USA zum Bau der ersten Atombombe dar.369 Das

letzte Kriterium tangiert das persönliche ethische Selbstverständnis der an der Pro-

duktentwicklung beteiligten Personen als Individuen. Ihnen unterliegt die Entschei-

dung, inwieweit sie für ein Unternehmen arbeiten, welches fragwürdige Technologien

einsetzt oder Produkte mit erhöhtem Risiko für die Menschheit vertreibt. Zudem haben

PAHL ET AL. ethische Grundregeln als Randbedingungen für methodische Leitlinien zur

Entwicklung technischer Produkte als Verkürzung vorausgesetzt.370

Aus Sicht von Unternehmen wird primär die Sicherung von Arbeitsplätzen mit ihrer

gesellschaftlichen Verantwortung assoziiert.371 VDI 4070 Blatt 1 empfiehlt u. a. die Mit-

arbeiterzahl eines Unternehmens, die Fluktuationsquote und den Anteil an Auszubil-

denden als Indikatoren für ein gesellschaftlich nachhaltiges Unternehmen heranzuzie-

hen.372

Kunden assoziieren nach BIESALSKI & COMPANY die gesellschaftliche Nachhaltigkeit

eines Unternehmens mit der Fairness als Arbeitgeber, der Schaffung und Erhaltung

von Arbeitsplätzen, dem kreativen Engagement und dem fairen Umgang mit Reklama-

tionen.373

Unter Berücksichtigung der in Abschnitt 2.1 getroffenen Randbedingung der Erfüllung

klassischer Anforderungen an das Produkt und des Verständnisses der Betriebswirt-

367 Hanusch 2011, S. 100 368 Tischner und Charter 2001, S. 129 369 Lause 2012 370 Pahl et al. 2007, S. 57 371 Riess und Peters 2006, S. 6; VDI 4070 Blatt 1, S. 16 372 VDI 4070 Blatt 1, S. 16 373 Biesalski & Company 2014, S. 7

43

schaft von ihrer gesellschaftlichen Verantwortung, liegt ausschließlich die Beschäfti-

gung als Indikatorwert für eine gesellschaftliche Nachhaltigkeit im Einflussbereich der

Produktentwicklung.374 In verschiedenen Veröffentlichungen wird in der Beschäftigung

einer der wichtigsten Aspekte der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit gesehen.375 HIN-

DENBERG ET AL. stellen besonders die Rolle der Beschäftigung als „[…] essentielle so-

zio-ökonomische Variable […]“ heraus.376 Nicht zuletzt sind die Stabilität und der Wohl-

stand einer Gesellschaft von dem Beschäftigungsniveau abhängig.377

Aus Sicht der Kunden von Konsumgütern sind in der Literatur bezüglich des Sozialka-

pitals als bindendes oder brückenbildendes Element zwischen Menschen keine Indi-

katoren zu finden. Für diese Arbeit wird die Annahme378 vorausgesetzt, dass ein Kon-

sumgut über die Interaktionsfähigkeit des Nutzers mit ähnlichen Personen auf die ge-

sellschaftliche Nachhaltigkeit Einfluss nimmt. Ein möglicher Indikator ist die steigenden

Verkaufszahlen von Servicerobotern für den Haushalt379. Sie verringern die an die Pro-

zessen im Haushalt gebundene persönliche Leistung des Nutzenden und führen zu

einem Zeitgewinn in Bezug auf die Interaktionsmöglichkeiten des Nutzenden mit ähn-

lichen Menschen. Eine ähnliche Annahme380 wird für die Nutzung von Investitionsgü-

tern vorausgesetzt. Ein Investitionsgut beeinflusst die gesellschaftliche Nachhaltigkeit

über die Interaktionsmöglichkeit des Anwendenden mit von ihm verschiedenen Men-

schen. Beispielsweise ist die Anordnung der Arbeitenden bzw. der Anwendenden in-

nerhalb eines Transformationssystemes entscheidend für die „[...] Realisierung von

Kontaktbedürfnis und Gesellungsstreben […]“381.

Somit werden für diese Arbeit die für die Transformationssysteme des Produktlebens-

laufes nötige personengebundene Leistungen als gesellschaftlicher Nachhaltigkeitsin-

dikatorwert herangezogen. Dies ist in den sozialwissenschaftlichen Vorarbeiten und

den in der Literatur vorhandenen Synthesemöglichkeiten der Indikatorwerte einer ge-

sellschaftlichen Nachhaltigkeit eines zu entwickelnden Produktes begründet. Die per-

sonengebundene Leistung entspricht während der Fabrikationsprozesse der Anzahl

der Beschäftigten, die für die Transformation der Materialien benötigt werden. In der

Nutzung des zu entwickelnden Produktes wird die personengebundene Leistung über

die Nutzungszeit indiziert.

374 Die Beschäftigung als ein Indikatorwert der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit bleibt bei Nachhaltigkeitsbetrach-tungen i. d. R. im Hintergrund. Hildebrandt, S. 12ff. diskutiert die Gründe dafür. Hildebrandt 2003, S. 387ff. sieht in der Beschäftigung einen der zentralen Aspekte einer nachhaltigen Entwicklung. 375 Zukunftskommission der Friedrich-Ebert-Stiftung 1998, S. 270; Spangenberg 2003, S. 658; Chan und Lee 2007, S. 246; Omann und Spangenberg 2002, S. 2; Hildebrandt 2003, S. 387ff.; Brandl und Hildebrandt 2002, S. 27; Radermacher 1998, S. 8ff. 376 Hinterberg et. al. 1998, S. 4 377 Europäische Kommission, Generaldirektion Beschäftigung und Soziales, Referat EMPL/D.1 2001, S. 13 378 Die Annahme basiert auf dem Dreiebenenmodell des Sozialkapitals nach Putnam bzw. Wollcock und wird für diese Arbeit getroffen, jedoch nicht verifiziert. Sie wird im Laufe der Arbeit aufgegriffen aber aus Gründen der feh-lenden sozialwissenschaftlichen Vorarbeiten nicht für eine Nachhaltigkeitsbilanzierung verwendet. 379 The International Federation of Robotics 2014, S. 24 380 a. a. O. Fn. 378. 381 Ulich et al. 1973, S. 45

44

Nach dem Modell der bindenden Sozialkapitalebene der Soziosphäre hat jede Inan-

spruchnahme personengebundener Leistungen für technische Prozesse negative Wir-

kung auf die Soziosphäre über das „sinkende“ Sozialkapital aufgrund der daraus fol-

genden Abnahme der Interaktionsmöglichkeiten mit der Familie. Auf der anderen Seite

bildet der Abruf personengebundener Leistung in Form von Beschäftigung die Voraus-

setzung eines gesellschaftlich nachhaltigen Zustandes. Die Beschäftigten eines Fabri-

kationsprozesses und der Nutzende entsprechen nach Abschnitt 2.1.1 dem Operator

bzw. dem Anwendenden innerhalb des Transformationssystemes.

Für diese Arbeit wird die Soziosphäre um eine volkswirtschaftliche Betrachtung auf der

verbindenden Ebene nach WOOLCOCK verkürzt. Die partialen Produktmodelle der Pro-

duktentwicklung ermöglichen z. Z. kein Antizipieren der Interaktion zwischen Men-

schen und staatlichen Institutionen über abhängige oder unabhängige Eigenschaften

des zu entwickelnden Produktes.382

2.2.2 Beeinflussbarkeit und Antizipierbarkeit der Nachhaltigkeit

Nach dem Modell der GPPe wird der Produktentwicklungsprozess unter ständiger Be-

rücksichtigung des Produktlebenslaufs durchgeführt. Entscheidungen, die durch die

Produktentwicklung bzgl. der Konkretisierung des zu entwickelnden Produkts bzw. Tei-

len des zu entwickelnden Produkts getroffen werden, beeinflussen die Transforma-

tionssysteme des Produktlebenslaufs. Eine Schwierigkeit stellt der ausschließliche Fo-

kus der Produktentwicklung auf die Funktionserfüllung während des Teilprozesses des

Konzipierens dar. Auch danach wird in der klassischen Produktentwicklung v. a. nach

technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten konkretisiert. Eine prozessuale Be-

trachtung zum Antizipieren und Beeinflussen der Lebenslaufprozesse ist in den be-

kannten Entwicklungsmethodiken nicht vorgesehen (vgl. Fußnote (Fn.) 202). Ansatz-

punkte nachhaltige Produkte zu entwickeln, stellen u. a. die Schritte der Auswahl und

Bewertung von Varianten dar, die in den einzelnen Arbeitsschritten synthetisiert wer-

den. An diesen Stellen kann durch Vergleiche unterschiedlicher Varianten des zu ent-

wickelnden Produktes anhand antizipierter Lebenslaufprozesse Einfluss auf das Errei-

chen eines nachhaltigen Zustandes genommen werden.

Während des Arbeitsschrittes Klären der Aufgabenstellung ist das Antizipieren der

Folgen der festgelegten Anforderungen auf die Nachhaltigkeit des zu entwickelnden

Produktes nach Abschnitt 2.1.3 nicht möglich.383 Anforderungen werden festgelegt

(vgl. Abschnitt 2.1). In der Anforderungsliste werden nicht nur funktionale, sondern

auch direkt oder indirekt ökologische, ökonomische und gesellschaftliche Aspekte des

zu entwickelnden Produktes festgelegt. BIRKHOFER ET AL. und TISCHNER UND DIETZ er-

weitern die Produktentwicklung beispielsweise auf eine Methodik der ökologischen

382 Wenn von Produkten die Rede ist, sind technische Systeme nach Kapitel 2.1 gemeint. Neue Technologien wie beispielsweise der elektronische Personalausweis erweitern die Interaktionsmöglichkeiten bzw. die Art der Interak-tion zwischen den Menschen und den staatlichen Institutionen. 383 Nach Stechert 2010, S. 18 ist nicht mal eine Widerspruchsfreiheit der Anforderungen untereinander analysierbar geschweige denn zu gewährleisten.

45

Produktentwicklung. 384 Durch die Erweiterung des Arbeitsschrittes Klären der Aufga-

benstellung um die ökologische Analyse eines Referenzproduktes werden ökologische

Anforderungen synthetisiert. Ökonomische Anforderungen werden i. d. R. über einen

Zielpreis durch den Käufermarkt vorgegeben.385 Der Zielpreis als Summe des Zielge-

winnes und den vom Markt erlaubten Kosten386 wird durch die Kostenplanung im Vor-

feld der Produktentwicklung festgelegt und als Forderung verstanden.387 Gesellschaft-

liche Anforderungen an das Produkt werden zum einen implizit durch die in Ab-

schnitt 2.1 erwähnten klassischen Anforderungen abgedeckt. Je nach herrschendem

Unternehmenskodex können zum anderen Anforderungen hinsichtlich der Zertifizie-

rung von Lieferanten, beispielsweise nach Social Accountability 8000388, festgelegt

werden. Ein Antizipieren der Lebenslaufprozesse mit anschließender Synthese der In-

dikatoren und der Analyse der Wirkung der festgelegten Anforderungen auf die Dimen-

sionen der Nachhaltigkeit ist auf Grundlage der Anforderungsliste nicht vorgesehen

und wegen des Abstraktionsgrades des individualisierten Produktmodelles durch die

Liste aus Merkmalen mit Ausprägungen auch nicht möglich. Es fehlen Partialmodelle,

die die Anforderungen als Datenbasis in Informationen bezüglich der Nachhaltigkeit

individualisieren. Beispielsweise können ökologische Anforderungen aus der Analyse

eines Referenzproduktes in Wechselwirkungen mit anderen Anforderungen zu einem

Kompensationseffekt führen,389 der zu einem ökologisch weniger nachhaltigen Pro-

dukt führt. Durch Toleranzeinengungen und Garantiezusagen steigen die Fertigungs-

kosten.390 Durch die Erfüllung dieser Anforderungen kann gleichzeitig die Kundenzu-

friedenheit und damit deren Umsatz durch den Verkauf des Produktes gesteigert wer-

den. Letztendlich erlaubt die lösungsneutrale Modellierung des Produktes über Merk-

male und Ausprägungen die zur Analyse der Nachhaltigkeit vorgegebene prozessuale

Betrachtung nicht. Somit ist es in der Produktentwicklung auf Basis von Anforderungen

nicht möglich, die Wirkung des zu entwickelnden Produktes auf den nachhaltigen Zu-

stand zu analysieren und hinsichtlich der Entwicklung eines nachhaltigeren Produktes

zu beeinflussen.

Ein Antizipieren der Wirkung von Transformationssystemen des Produktlebenslaufes

auf die Nachhaltigkeit ist während des Arbeitsschrittes Konzipieren ebenfalls nicht

durchgängig möglich. Eine Analyse der Nachhaltigkeit des zu entwickelnden Produk-

tes auf funktionaler Ebene auf Basis der erstellten Funktionsstruktur ist nicht mög-

lich,391 da das Antizipieren von Transformationssystemen des Produktlebenslaufes

über die Quantifizierung der Stoffe, Energien und/oder Informationen zur Realisierung

der Funktionen, wie durch die Ökobilanz nach Abschnitt 2.1.2 vorgeschrieben, nicht

vorgesehen ist. Erst nach der weiteren Konkretisierung einzelner Teilfunktionen über

384 Birkhofer et al. 2012, S. 569ff.; Tischner und Dietz 2000, S. 39ff 385 Gaiser und Kieninger 1993, S. 64; Horváth et al. 1993, S. 10 386 Horváth et al. 1993, S. 10ff. 387 Horváth et al. 1993, S. 3; Seidenschwarz 1993, S. 31ff.; nach VDI 2225 Blatt 1, S. 8f. wird der Richt- bzw. Wunsch- oder Zielpreis durch die Kalkulationsabteilung eines Unternehmens ermittelt. 388 Social Accountability International 2014, S. 2ff. 389 Rath 2014, S. 127f. 390 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 164ff. 391 Seitz 2003, S. 64

46

physikalische Effekte ist eine Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten für den

Einsatz in Form von Heuristiken und Erfahrungen oder Regeln möglich. Mögliche

Merkmale sind beispielsweise das Leistungsgewicht bzw. die Leistungsdichte oder der

Wirkungsgrad unterschiedlicher Aktorprinzipien für den Einsatzprozess.392 Prozes-

suale Informationen in Form der Einsatzintensität oder Einsatzhäufigkeit liegen evtl. in

Form von Anforderungen vor, sind aber in den Partialmodellen der physikalischen Ef-

fekte nicht berücksichtigbar. Durch die weitere Konkretisierung des physikalischen Ef-

fektes über die Geometrie- und Stoffeigenschaften ist eine erste Datenbasis für das

Antizipieren der Wirkung des zu entwickelnden Produkes über Transformationssys-

teme auf die Nachhaltigkeit geschaffen.393 Die benötigte Menge und benötigte Art der

Materialien erlauben erste Schlüsse bezüglich der produktentwicklungsfernen Fabri-

kationsprozesse. Zur Synthese ökologischer Wirkungen schlagen PASTEWSKI und

ROHN ET AL. während des Teilprozesses des Konzipierens den MIPS als vereinfachte

ökologische Bewertungsmethode vor.394 Die MIPS-Methode sieht in ihrer Vorgehens-

weise eine Analyse von Materialzuständen über Flüsse von Werkstoffen, Energien

oder Transportstrecken vor.395 Zum Vergleich von Stoffalternativen oder alternativen

Geometrien verschiedener Wirkprinzipien reicht die Individualisierung des Material-In-

puts der Konzeptvariante bzw. einzelner Teilfunktionen mit entsprechenden Wirkprin-

zipien aus.396 OBERENDER schlägt für das Konzipieren bei der Betrachtung von Res-

sourceneffizienz die Methode Kumulierter Energieaufwand (KEA) vor.397 Sowohl zur

Durchführung des MIPS als auch des KEA wird eine Datenbasis in Form von Ener-

gie- und Materialmengen benötigt. Nach FELDHUSEN ET AL. werden während des Teil-

prozesses des Konzipierens ausschließlich die variablen Kosten zur Kostenfrüherken-

nung für das produktentwicklungsnahe Unternehmen antizipiert.398 Methoden, die va-

riable Kosten heranziehen, sind die Relativkostenkataloge und die anschließende Kos-

tenschätzung über Materialkostenanteile nach VDI 2225.399 Zum Antizipieren der Kos-

ten für den Kunden kann auf Heuristiken und Erfahrungen zurückgegriffen werden.

Eine Betrachtung gesellschaftlicher Aspekte ist auf Ebene der funktionellen wie auch

prinzipiellen Betrachtung nicht möglich.400

Aus Sicht der Nachhaltigkeit sind insbesondere die Entscheidungen über unabhängige

Eigenschaften und die daraus resultierenden abhängigen Eigenschaften des zu ent-

wickelnden Produktes während des Teilprozesses Entwerfen ausschlaggebend. Bei-

spielsweise verknüpft VDI 2243 die Recyclingfähigkeit als abhängige Eigenschaft401

mit den unabhängigen Gestalt- und Werkstoffeigenschaften.402 Aus wirtschaftlicher

Sicht werden während des Entwerfens die Herstell- bzw. Materialkosten als Indikator

392 Zupan et al. 2002, S. 936ff. vergleichen unterschiedliche Aktorprinzipien hinsichtlich ihrer Eigenschaften. 393 Pastewski 2009, S. 188f. 394 Pastewski 2009, S. 188; Rohn et al. 2010, S. 20 395 Ritthoff et al. 2002, S. 17ff.; Pant und Atik 2000, Abschnitt 3.3.4/S. 2ff. 396 Ritthoff et al. 2002, S. 13 397 VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt 2015 nach „Oberender VDI ZRE auf der Basis Anderl, Abele, Birkhofer (2005)“ 398 Feldhusen et al. 2014, S. F 9 399 Feldhusen et al. 2014, S. F 9f. 400 Kloepffer 2008, S. 89 401 VDI 2223, S. 13 402 VDI 2243, S. 7

47

für den wirtschaftlichen Erfolg eines zu entwickelnden Produktes für das produktent-

wicklungsnahe Unternehmen herangezogen.403 Beispielsweise erfolgt nach VDI 2225

die vereinfachte Ermittlung von Materialeinzelkosten mittels Relativkosten über Brut-

towerkstückkosten404.405 Nach EHRLENSPIEL werden kostengünstige Lösungen durch

die „Variation der Werkstoffeigenschaften […], der Fertigungs-, Verbindungs- und

Montageverfahren“406 entworfen. Die Herstellkosten sind von den Gestalt- und Werk-

stoffeigenschaften abhängig.407

Somit ist ebenfalls ein Einfluss der Produktentwicklung während des Entwerfens durch

die Entscheidung über unabhängige Eigenschaften auf die gesellschaftliche Dimen-

sion zu erwarten. Durch die Wahl des Werkstoffes, der Fertigungsverfahren und den

dazu verfügbaren Operatoren antizipiert die Produktentwicklung die nötige personen-

gebundene Leistung für die Fabrikations- und Nutzungsprozesse und kann diese Indi-

katorwerte der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit über die Variation der Materialien und

Verfahren mit entsprechenden Operatoren beeinflussen.

Vor dem Teilprozesses Ausarbeiten sind alle Eigenschaften des zu entwickelnden

Produktes festgelegt. Über die Gebrauchsanweisung der Produkte kann die Produkt-

entwicklung über alle Teilprozesse der Nutzung Einfluss auf das Nutzerverhalten neh-

men.

2.3 Anforderungen an eine Methodik der Entwicklung nachhaltiger Pro-

dukte

Dieses Kapitel stützt die in Abschnitt 1 dargestellten Lücken des Standes der For-

schung bezüglich der Entwicklung nachhaltiger Produkte in den drei Dimensionen. Das

Partialmodell der GPPe ermöglicht der Produktentwicklung die Lebenslaufprozesse

des zu entwickelnden Produktes zu antizipieren und zu beeinflussen. Doch den Zu-

sammenhang zwischen den Lebenslaufprozessen und deren Wirkung auf die Nach-

haltigkeit zu modellieren, ist nicht vorgesehen. Die logische und semantische Verbin-

dung zwischen dem Produktlebenslauf und den Dimensionen der Nachhaltigkeit fehlt.

Dafür sind in den jeweiligen Abschnitten Gründe erarbeitet worden.

Das Ergebnis des Abschnittes 2.1.2 zeigt das erschwerte Antizipieren und damit das

Beeinflussen des Produktlebenslaufes. Die terminologischen Inkonsistenzen in Form

von Widersprüchen zu Normen und Richtlinien des momentanen Entwicklungsstandes

des Produktlebenslaufes begründet das erschwerte Antizipieren und damit das Beein-

flussen des Produktlebenslaufes. Zur Abschätzung der Wirkung von Lebenslaufpro-

zessen des zu entwickelnden Produktes ist ein an das allgemeine Verständnis unter-

schiedlicher Materialflüsse angepasstes Lebenslaufmodell erforderlich. Es erfüllt die

403 VDI 2225 Blatt 3, S. 5 404 VDI 2225 spricht ursprünglich von Bruttowerkstoffkosten. Da in dem Modell Abmessungen und Formen von Teilen berücksichtigt werden und keine Stoffeigenschaften, wird hier der Begriff Bruttowerkstückkosten verwendet. 405 VDI 2225 Blatt 1, S. 3ff. 406 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 67 407 VDI 2223, S. 13

48

Anforderungen aus normativ festgelegten Terminologien und ist widerspruchsfrei be-

züglich der Materialflüsse und der systematisierten und zueinander abgegrenzten

Transformationssysteme. Um den Anforderungen der Entwicklung nachhaltiger Pro-

dukte zu genügen, sensibilisiert es die Produktentwickelnden durch die Berücksichti-

gung paralleler Produktlebensläufe hinsichtlich ihrer Verantwortung. Zudem wird in Ab-

schnitt 2.2.2 die Abhängigkeit der Qualität der Antizipierbarkeit bzw. Beeinflussbarkeit

von den Transformationssystemen des Produktlebenslaufes durch die Produktent-

wicklung deutlich. Zum einen ist die Möglichkeit des Antizipierens und damit des Be-

einflussens des Produktlebenslaufes vom Fortschritt der Produktentwicklung abhän-

gig, entsprechend dem in Abschnitt 1 bereits diskutierten Dilemma der Produktent-

wicklung. Zum anderen sind die Möglichkeiten des Antizipierens und damit des Beein-

flussens von dem organisatorischen und informatorischen Abstand zwischen der Pro-

duktentwicklung und den Transformationssystemen des Produktlebenslaufes abhän-

gig. Produktentwicklungsnahe Transformationssysteme mit geringem organisatori-

schen bzw. informatorischen Abstand sind im Vergleich zu produktentwicklungsfernen

adäquater zu antizipieren.

Zudem werden die logischen Defizite des Verständnisses der drei Dimensionen in Ab-

schnitt 2.2 deutlich, was ein konstruktionsmethodisches Verständnis der Entwicklung

nachhaltiger Produkte erschwert (vgl. Abschnitt 1). Kein Nachhaltigkeitsmodell bildet

den Menschen und die von ihm verursachten Transformationssysteme der Techno-

sphäre in einer Art ab, dass eine Wirkung von Transformationssystemen auf die Nach-

haltigkeit aufgezeigt wird. Während die Ökosphäre sowohl unabhängig von Organisa-

tionseinheiten oder Anspruchsgruppen definiert und abgegrenzt, als auch die Analyse

der ökologischen Nachhaltigkeit normativ über eine prozessuale Betrachtung vorge-

geben ist, steht die Produktentwicklung bei dem Erreichen eines ökonomisch nachhal-

tigen Zustandes vor der Aufgabe, unterschiedlichste Interessensgruppen auf unter-

schiedlichen Aggregationsebenen zu berücksichtigen. Aus Sicht des produktentwick-

lungsnahen Unternehmens steht das Ziel der Minimalkosten bei vorgegebenen Stück-

preisen im Fokus. Aus Sicht des Kunden eines Investitionsgutes als zu entwickelndes

Produkt widerspricht das Bilanzdenken dem Erreichen eines ökonomisch nachhaltigen

Zustandes einer Lebenszyklusbetrachtung. Bei Konsumgütern entscheidet oftmals der

Kunde aufgrund der durch das Marketing erweckten (diffusen) Begeisterungsmerk-

male und nicht rational aufgrund seiner Anforderungen und deren Erfüllung durch das

Produkt. Die größten Lücken weist das Verständnis des gesellschaftlich nachhaltigen

Zustandes auf. Zum einen geht aus der soziologischen Diskussion kein einheitliches

und konsistentes Modell der Gesellschaft und der Definition eines gesellschaftlich

nachhaltigen Zustandes hervor. Zum anderen unterscheiden sich die gesellschaftli-

chen Nachhaltigkeitsindikatoren zwischen der brückenbildenden, der bindenden und

verbindenden Betrachtung der unterschiedlichen gesellschaftlichen Aggregationsebe-

nen. Nach Abschnitt 2.2.1.3 hat sich aus der Diskussion des Standes der Forschung

die nötige personengebundene Leistung während des antizipierten Transformations-

systemes als ein möglicher Indikatorwert der Soziosphäre herausgehoben.

49

Das Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung einer an die Gegebenheiten der Produktent-

wicklung angepassten Methodik zur Abschätzung der Wirkung des zu entwickelnden

Produktes auf die Nachhaltigkeit entlang des gesamten Produktlebenslaufes. Dabei

werden Modelle und Vorgehen des Standes der Technik nach Abschnitt 2.1 und 2.1.3

verwendet. Bezüglich des fehlenden Daten-, Modell- und Methodenwissens liegt die

Herausforderung in der Schnittmenge der Datenbasis mit den bestehenden Modellen

und dem Vorgehen. Nach LINDEMANN erfolgt eine Auswahl der Methode anhand der

verfügbaren Datenbasis, dem zum Lösen des Problemes verfügbaren Partialmodell

und dem individualisierbaren Individualmodell.408 Entsprechend ist eine Konsistenz

hinsichtlich der Produktmodelle der Produktentwicklung und der Nachhaltigkeitsmo-

delle vorauszusetzen und für die Erfüllung Anforderung der Durchgängigkeit zwingend

erforderlich. Der Produktentwicklung soll eine tatsächliche Unterstützung (vgl. Ab-

schnitt 1.3) zur Verfügung gestellt werden, die eine Abschätzung der Wirkung des zu

entwickelnden Produktes auf die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit erlaubt. Um die-

ses Ziel zu erreichen werden Anforderungen bzw. Ansprüche409 bezüglich der Merk-

male Konsistenz, Durchgängigkeit und Operationalisierbarkeit an die vorgeschlagenen

Lösungen gestellt.

Konsistenz:

Die Partialmodelle und des Vorgehens einzelner Methoden dürfen sich untereinander

nicht widersprechen und müssen untereinander vereinbar sein (vgl. Abschnitt 1.2). Um

diese Anforderung zu erfüllen, wird zunächst auf der Partialmodellebene die Konsis-

tenz sichergestellt. Für die Dimensionen der Nachhaltigkeit gibt die Ökobilanz als eine

„anerkannte Regel der Technik“410 die zu verwendende Datenbasis und damit den Auf-

bau der Partialmodelle vor. Durch eine Adaption dieses Partialmodelles wird, sowohl

eine redundante Erhebung von Daten ausgeschlossen und eine Ausnutzung von

Datenkorrelationen unterstützt, als auch der Aufwand der Datenerhebung begrenzt.

Zudem ist eine Konsistenz bezüglich des Vorgehens und dem über das jeweilige Par-

tialmodell individualisierten Individualmodell sicherzustellen. Beispielsweise zeichnet

sich durch das fehlende Verständnis der Soziosphäre nach Abschnitt 2.1.3 ein Defizit

bezüglich der Wirkungsabschätzung der Transformationssysteme des Produktlebens-

laufes anhand der personengebundenen Leistungen als gesellschaftlicher Indikator-

wert ab. Eine Wirkungsabschätzung der Lebenslaufprozesse auf die Öko- und Öko-

nosphäre ist somit unvereinbar mit der durch den Stand der Technik vorgegebenen

Möglichkeit der Indizierung der Soziosphäre. Auf der Vorgehensebene wird ähnlich zu

der Konsistenzsicherstellung auf Partialmodellebene vorangegangen. Ausgehend

vom Vorgehen der Ökobilanz wird auf Grundlage der erarbeiteten Partialmodelle der

408 Lindemann 2007, S. 58ff. 409 Wenn von Anforderungen zum Erreichen eines Zieles, was nicht ein zu entwickelndes Produkt darstellt, gespro-chen wird, sind nicht die Anforderungen entsprechend der in den vorangegangenen Kapiteln beschriebnen Me-thode der Anforderungsliste gemeint. Eine Individualisierung der Anforderungen an ein Forschungsvorhaben über eine Anforderungsliste ist nicht konsistent mit der Methode der Anforderungsliste, weil sich sowohl Datenbasis als auch die anschließende Nutzung der Anforderungsliste als Ergebnis der Methode unterscheiden. 410 DIN EN 45020, S. 19

50

Öko-, Ökono- und Soziosphäre ein Vorgehen vorgeschlagen, das analog für sämtliche

Partialmodelle der Nachhaltigkeitsdimensionen durchzuführen ist. Ist beispielsweise

aufgrund der Datenlage eine Indizierung der Nachhaltigkeit einer Sphäre nicht mög-

lich, wird auf die Indizierung der anderen verzichtet. Das ist in dem allgemeinen Ver-

ständnis der Gleichrangigkeit der Dimensionen einer nachhaltigen Entwicklung nach

Abschnitt 1 begründet. Letztendlich ist die Konsistenz der übergeordneten Partialmo-

delle der GPPe als Vorgehensmodell, bestehend aus dem Partialmodell der Produkt-

entwicklung mit den Produktmodellen nach Tabelle 2-1 und dem Produktlebenslauf mit

dem Prozessmodell nach Bild 2-2, und der Nachhaltigkeit sicherzustellen. Hierfür ist

die Unterscheidung zwischen den Analyse- und Syntheseschritten und dem Antizipie-

ren und Beeinflussen des Produktlebenslaufes während der Produktentwicklung nach

Abschnitt 2.1 zu berücksichtigen. Eng mit dem Konsistenzmerkmal ist die Berücksich-

tigung von Randbedingungen, Systemgrenzen und Verkürzungen verknüpft. Sämtli-

che Methoden dieser Arbeit sind auf die Aktionsparameter der Produktentwicklung

ausgelegt. In diesem Abschnitt ist bereits auf die Folgen der Verkürzungen einzelner

Dimensionen der Nachhaltigkeit auf die anderen Dimensionen bereits eingegangen

worden – die fehlende Möglichkeit der Indizierung einer Dimension führt aus Gründen

der gleichrangigkeit zur Verkürzung um die anderen beiden Dimensionen. So führen

fehlende Aktionsparameter der Produktentwicklung auf der verbindenden Ebene des

Sozialkapitales zu der Verkürzung der volkswirtschaftlichen Aggregationsebene der

Ökonosphäre. Eine weitere Randbedingung ist durch das Verständnis der Indikatoren

der Soziosphäre über eine einheitliche normative Sozialstruktur festgelegt (vgl. Ab-

schnitt 2.2.1.3). Entsprechend ist die Indizierung der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit

über die in Abschnitt 2.2.1.3 vorgestellten Indikatoren ausschließlich für Gesellschaf-

ten konsistent, die ähnliche gesellschaftliche Merkmale411 aufweisen, unter denen die

Methoden entwickelt worden sind.412 Beispielsweise ist der Nomadismus als Gesell-

schaftsform hinsichtlich seiner Indikatoren von westlichen Gesellschaftsformen zu

unterscheiden.

Durchgängigkeit:

Änderungen des zu entwickelnden Produktes, besonders grundlegender Art, werden

mit dem Fortschritt der Produktentwicklung entsprechend dem Dilemma der Produkt-

entwicklung aufwendiger. Bereits festgelegte Eigenschaften des zu entwickelnden

Produktes bedingen sich gegenseitig.413 Somit muss die Methodik einer nachhaltigen

411 zu Ähnlichkeit von Gesellschaften siehe Abschnitt 3.2.3 412 Wie bereits in Abschnitt 2.1.2 erwähnt, sind bei der Betrachtung von Methoden und den ihnen zugrunde gelegten Modellen stets die gesellschaftlichen Rahmenbedingungen, unter denen sie entwickelt worden sind, zu berücksich-tigen. Dieser Sachverhalt gilt insbesondere für Methoden zur Indizierung der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit. Bei-spielsweise unterscheidet sich nach Pohl 2009, S 125f. das Verständnis der Bedeutung des Begriffes Ethik und nach Müller 2001, S. 454 des Begriffes Freiheit in China von dem in westlichen Ländern. Zudem hat es nach Ka-

minski 1973, S. 36 Mitte der 70er Jahre kein chinesisches Wort für Menschenrechte gegeben. Nach Schmidt und Di Lorenzo 2012, S. n. b. sind "[...] Menschenrechte [...] der chinesischen Zivilisation bisher nicht inhärent" und nach Schmidt und Die Zeit 2015, S. n. b. „[…] eine westliche Erfindung“. Derartige kulturelle Unterschiede führen zu Inkonsistenzen bei der Indizierung von Ethik, vorhandener persönlicher Freiheit oder der Einhaltung von Men-schenrecht durch die in Abschnitt 2.2.1.3 vorgestellten Methoden zur Indizierung der gesellschaftlichen Nachhal-tigkeit. 413 Ehrlenspiel und Meerkamm 2013, S. 514

51

Produktentwicklung sowohl die horizontale als auch die vertikale Durchgängigkeit nach

Abschnitt 1.2 erfüllen. Die Durchgängigkeit wird über den Aufbau der Partialmodelle

erfüllt. Die Durchgängigkeit gewährleisten eine produktentwicklungsbegleitende Indi-

vidualisierung der Partialmodelle bei sich ändernder Datenbasis aufgrund der fort-

schreitenden Konkretisierung des zu entwickelnden Produktes. Die Methodik erlaubt

die Wirkungsabschätzung sowohl auf Wirkprinzip- bzw. Wirkstruktur- und Bauteil-

ebene als auch auf sämtlichen Abstraktionsebenen des Prozessmodelles nach Ab-

schnitt 2.1.1. Wie in Abschnitt 2.2.2 bereits festgestellt, ist eine Synthese von Nach-

haltigkeitsindikatorwerten auf Basis antizipierter Lebenslaufprozesse mit anschließen-

der Analyse auf den Ebenen der Anforderungen und der physikalischen Effekte nicht

möglich.

Operationalisierung:

Um die Anwendbarkeit der entwickelten Methodik zu gewährleisten und die Erfüllung

der Anforderungen an Konsistenz und Durchgängigkeit zu überprüfen, wird eine Ope-

rationalisierung vorgesehen. Eine Operationalisierung im konstruktionsmethodischen

Kontext entspricht einer Überführung der beabsichtigten Unterstützung („intended sup-

port“) als ein konsistentes, durchgehendes und abstraktes auf Partialmodellen basie-

rendes Vorgehen zu einer tatsächlichen Unterstützung („actual support“) in Form eines

Hilfsmittels zur Durchführung der Methodik414. Durch die Entwicklung eines partiellen

Datenmodelles415 werden die Zusammenhänge zwischen den Transformationssyste-

men und Nachhaltigkeitsindikatorwerten erfasst. Dieses Partialmodell ermöglicht die

Individualisierung416 des Partialmodelles auf sämtlichen Abstraktionsebenen des Pro-

zessmodelles (vgl. Abschnitt 2.1.1).

414 Berger 2004, S. 180; als Hilfsmittel werden u. a. Rechneranwendungen verstanden. 415 analog zum Verständnis des Produktdatenmodelles nach Speck 1998, S. 10 416 Speck 1998, S. 10 spricht von dem Instanziieren eines Produktdatenmodelles zu einem Produktmodell.

52

3 Das Modell für die Entwicklung nachhaltiger Produkte

Wie bereits dargelegt, hat die Produktentwicklung die Möglichkeit über die unabhängi-

gen Eigenschaften die virtuellen Transformationssysteme innerhalb des Produktle-

benslaufes hinsichtlich der Nachhaltigkeit als abhängige Eigenschaft zu beeinflussen.

Die Beeinflussung erfolgt nach einer Synthese bzw. Individualisierung des Produktmo-

delles mit einer anschließenden Analyse und kriterienbasierten Auswahl des Individu-

almodelles des Produktes auf den unterschiedlichen Konkretisierungsebenen. Durch

die Beeinflussung des Produktlebenslaufes resultieren weitreichende Folgen auf an-

dere Transformationssysteme innerhalb der Technosphäre und damit die Dimensio-

nen bzw. die Sphären417 der Nachhaltigkeit (vgl. Bild 3-1).

Bild 3-1: Das Partialmodell der Entwicklung nachhaltiger Produkte

Die Produktentwicklung antizipiert und beeinflusst konsistent zur GPPe die Prozesse

der Technosphäre. Diese Prozesse wirken auf die Sphären der Nachhaltigkeit. Analog

zu den Wirkungsindikatorwerten der Ökobilanz führen Nachhaltigkeitsindikatorwerte

(vgl. Abschnitt 2.2.1.1), die als „Fluss“ über die Systemgrenze der Technosphäre zu

verstehen sind, zu einer Wirkung in den Sphären durch die dort stattfindenden umwelt-

mechanischen, finanzwirtschaftlichen und gesellschaftlichen Prozesse. Diese Wirkung

417 Es wird die Terminologie der Sphären der Nachhaltigkeit den Dimensionen der Nachhaltigkeit bevorzugt, wobei die Sphären der Ökonomie, der Ökologie und der Gesellschaft Submodelle der Dimensionen darstellen. Eine Sphäre, sei es im Sinne der Mathematik als topologische Sphäre, im Sinne der Erdsphären oder im Sinne der Privatsphäre als gesellschaftliches Pendant zur Wirtschaftseinheit des Privathaushaltes, bilden die Subsysteme einzelner Dimensionen. Die Ökonosphäre kann durch die Aggregationsebenen der Wirtschaftseinheiten nach Ab-schnitt 2.2.1.2 in eine volkswirtschaftliche, betriebswirtschaftliche und privatwirtschaftliche (Sub-) Sphäre aufgeteilt werden. Die Soziosphäre wird nach Abschnitt 2.2.1.3 in die bindende, die brückenbildende und die verbindende (Sub-) Sphäre unterteilt. Die Ökosphäre, auch wenn Sphären im Partialmodell der Ökobilanz nicht modelliert wer-den – einzelne Wirkungskategorien können auf einzelne Sphären beschränkt sein – umfasst die Atmosphäre, die Hydrosphäre und die Lithosphäre. Die Technosphäre kann auf den Abstraktionsebenen des Prozessmodelles spe-zialisiert werden. Abhängig von dem Ziel der Nachhaltigkeitsbilanzierung und den verfügbaren Daten werden die Dimensionen der Nachhaltigkeit entsprechend durch die Sub-Sphären konkretisiert.

1

2

3

4

5

Beeinflussen

Antizipieren

Nachhaltigkeits-

indikatorwerte

Analysieren

Wechselwirkungen

1

4

2

5

3

53

kann auf Basis der bereits individualisierten Nachhaltigkeitsindikatorwerte oder über

die weitere Individualisierung der Nachhaltigkeitsindikatorwerte zu Nachhaltigkeitsin-

dikatoren analysiert werden (konsistent zu Abschnitt 2.2.1.1). Die Beeinflussung durch

abhängige Eigenschaften wird über die Folgen der Entscheidungen auf die einzelnen

Sphären analysiert, um einen möglichst ganzheitlich nachhaltigen Zustand zu errei-

chen. Das Beeinflussen und Antizipieren der Technosphäre erfolgt konsistent zu der

GPPe durch synthetisierte Informationsflüsse. Eine Beeinflussung der Sphären ist aus-

schließlich indirekt (abhängig) über die Transformationssysteme bzw. Material- und

Energieflüsse418 innerhalb des Produktlebenslaufes möglich.419 Das bedeutet bezogen

auf das Modellverständnis nach Abschnitt 1.2, dass die Entscheidungen der Produkt-

entwicklung und die damit beeinflussbaren Nachhaltigkeitsindikatorwerte der Trans-

formationssysteme des Produktlebenslaufes die Datenbasis der jeweiligen Partialmo-

delle der einzelnen Sphären bilden. Die Nachhaltigkeitsindikatorwerte führen zu einer

Zustandsänderung der Ökosphäre durch die Umweltwirkung, der Ökonosphäre durch

sich ändernde monetäre Flüsse und der Soziosphäre durch das von der personenge-

bundenen Leistung abhängige Sozialkapital. Als Datenbasis werden die Größen,

Kennzahlen oder Indikatoren definiert, die als variierte abhängige oder unabhängige

Eigenschaften mit den Partialmodellen der Nachhaltigkeit in Verbindung stehen. Da-

durch wird ihre Wirkung analysierbar. Somit wird der Verantwortungsbereich der Pro-

duktentwicklung konsistent zu der Ökobilanz im Vergleich zum Partialmodell der GPPe

um sämtliche mit dem zu entwickelnden Produkt in Verbindung stehende Lebensläufe

innerhalb der Technosphäre erweitert. Es werden diejenigen Transformationssysteme

berücksichtigt, die Materialien und Energie für die Fabrikations- und Nutzungspro-

zesse des zu entwickelnden Produktes zur Verfügung stellen.

Aus den Abschnitten 2.1.2 und 2.2 geht hervor, dass die Techno-, Ökono- und Sozio-

sphäre auf unterschiedlichen Aggregationsebenen betrachtet werden können. Die

Technosphäre kann auf die Ebenen der produktentwicklungsnahen und -fernen Le-

benslaufprozesse aggregiert werden. Diese Transformationssysteme können weiter

auf die drei Abstraktionsebenen des Prozessmodels individualisiert werden. Aus Sicht

der Produktentwicklung können je nach den Zielen der Nachhaltigkeitsbilanzierung die

Wechselwirkungen zwischen Staaten, Unternehmen und/oder Nutzern mit dem zu ent-

wickelnden Produkt betrachtet werden.420 Es herrschen nicht nur Wechselwirkungen

418 Hier werden produktentwicklungsspezifische Informationsflüsse bewusst ausgeklammert. Während der Produkt-entwicklung synthetisierte Informationen wie Anforderungen, technische Zeichnungen, Stücklisten usw. haben kei-nen Einfluss auf die Nachhaltigkeitssphären. Erst ihre weitere Individualisierung in Transformationssysteme der Technosphäre durch das Antizipieren führt über Material- und Energieflüsse zu einer Wirkung auf die Nachhaltig-keit. Das Antizipieren der Wirkung von nach Außen getragenen Informationen auf die Ökonosphäre des produkt-entwicklungsnahen oder der -fernen Unternehmen bzw. der Soziosphäre, bspw. durch Produktankündigungen, liegt im Aufgabenbereich des Marketings. 419 An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dem in der Produktentwicklung verfügbaren Produkt-lebenslauf um ein Partialmodel zur Modellierung des zukünftig möglichen virtuellen Produktlebenslaufes des zu entwickelnden Produktes handelt (siehe Abschnitt 2.1.2). Ein direktes Einwirken der Produktentwicklung auf die real ablaufenden Produktlebensläufe, die Umweltmechanismen, die gesellschaftlichen Prozesse oder die Verrech-nung von Nominalgüterflüssen ist i. d. R. nicht möglich. 420 von Hauff nennt weitere mögliche Akteure und Aggregationsebenen wie die Politik, Haushalte und Verbänden (Abschnitt 2.2.1.1)

54

zwischen den Sphären innerhalb der betrachteten Aggregationsebene, sondern auch

ebenenübergreifend. Beispielsweise existieren Wechselwirkungen zwischen der

unternehmerischen und der kundenseitigen Aggregationsebene der Ökonosphäre

über Nominalgüterflüsse bzw. Gehälter. Aus Abschnitt 2.1.3 resultiert eine weitere Ab-

hängigkeit der zu verwendenden aggregierten Partialmodelle von dem jeweiligen Teil-

prozess der Produktentwicklung. Die Wahl der Aggregationen und Systemgrenzen

bzw. der Partialmodelle für die Sphären ist somit abhängig von dem Ziel der Nachhal-

tigkeitsuntersuchung und dem Stand der Produktentwicklung. Aufgrund der in Ab-

schnitt 2.2.1.2 und 2.2.1.3 hergeleiteten Randbedingungen wird im Weiteren die Be-

trachtung der Nachhaltigkeit auf die Ebene der Kunden bzw. des Nutzenden421 und

des Unternehmens aus Sicht der Produktentwicklung mit den jeweils stattfindenden

Transformationssystemen beschränkt. Zudem werden die Wechselwirkungen zwi-

schen den Sphären der Nachhaltigkeit verkürzt. Das liegt zum einen an den momentan

herrschenden Lücken im Verständnis der Verschränkung und Wechselwirkungen der

Sphären der Nachhaltigkeit in der Wissenschaft.422 Zum anderen fehlt ein wissen-

schaftlicher Konsens bezüglich der terminologischen Erfassung und des logischen

Verständnisses vorhandener Zusammenhänge und Wechselwirkungen innerhalb des

Nachhaltigkeitsmodelles.423 Einigkeit herrscht über das Vorhandensein von Ver-

schränkungen der Dimensionen und Wechselwirkungen.424

Im Folgenden wird näher auf das Partialmodell der Nachhaltigkeit als Teil des Partial-

modelles der Entwicklung nachhaltiger Produkte eingegangen. Dabei wird konsistent

zu der Ökobilanz eine prozessuale Betrachtung durchgeführt. Ausgehend vom Partial-

modell der Technosphäre werden die Wechselwirkungen der Technosphäre mit den

Nachhaltigkeitssphären verdeutlicht. Die Partialmodelle der Produktentwicklung ent-

sprechen den Ausführungen in Kapitel 2.1.

3.1 Das Partialmodell der Technosphäre

Bei der Entwicklung nachhaltiger Produkte wird grundsätzlich der Ansatz des Lebens-

laufdenkens zugrunde gelegt.425 Wie in Abschnitt 2.1.2 bereits dargelegt, herrschen

Unklarheiten bezüglich des Verständnises des Produktlebenslaufes als Teil der Tech-

nosphäre und der ablaufenden Transformationssysteme, insbesondere der Material-

kreisläufe. In dieser Arbeit wird von der klassischen Nomenklatur der Fabrikationspro-

zesse der Herstellung, der Produktion und des Recyclings abgesehen. Dies ist in der

Konsistenz der Transformationssysteme mit den ihnen zugewiesenen Materialflüssen

begründet. Kreislauf- und evtl. dazugehörige Aufbereitungs- bzw. Aufarbeitungspro-

421 In Anlehnung an Reinicke 2004, S. 18f. werden Abnehmende aus Sicht der Unternehmen als Kunden und An-wendende aus Sicht der Produktentwicklung als Nutzende bezeichnet. 422 Analog zu den Mechanismen innerhalb der Sphären nach Abschnitt 2.1 liegen die Mechanismen, die zu Wech-selwirkungen zwischen den Sphären führen, nicht im Einflussbereich der Produktentwicklung. 423 Franke 2002, S. 119; Gößling-Reisemann 2008, S. 264ff. 424 Gößling-Reisemann 2008, S. 267; Gößling-Reisemann 2008, S. 264f.; Lutz-Kunisch 2008, S. 64 425 Benoît und Mazijn 2009, S. 28

55

zesse werden über verfahrenstechnische Herstellungs- bzw. Fertigungsverfahren rea-

lisiert.426 Sie unterscheiden sich i. d. R. nicht von den Transformationssystemen zur

Herstellung von Werkstoffen bzw. Produktion von Produkten und können ihnen zuge-

ordnet werden.427 Sowohl bei dem Produktionsrücklaufrecycling, dem Altstoffrecycling

als auch dem Recycling während des Produktgebrauches (vgl. Abschnitt 2.1.2) kom-

men Verfahren und Operatoren zur Transformation der Operanden zum Einsatz, die

der Verfahrens- oder Fertigungstechnik zuzuordnen sind. Sie benötigen Faktoren, die

in Arbeitskraft bzw. Humankapital (vgl. Abschnitt 2.2.1), Material und Betriebsmittel

unterteilt werden.428 Der Begriff Material fasst sämtliche Stoffe oder Gegenstände zu-

sammen, die während des Produktlebenslaufes benötigt werden. Zu Materialien, die

ein Bestandteil von Produkten werden, zählen Rohstoffe, Werkstoffe, Recyclate, Halb-

zeuge wie auch Rohteile, Fertigteile und Baugruppen.429 Zu den Materialien zählen

ebenfalls Stoffe, die kein Bestandteil eines Produktes werden wie Hilfs- und Betriebs-

stoffe.430 Hilfs- und Betriebsstoffe wie auch Betriebsmittel besitzen eigene Produktle-

bensläufe innerhalb der Technosphäre, wobei ihr Einsatz in dem Produktlebenslauf

des zu entwickelnden Produktes erfolgt. Innerhalb des Produktlebenslaufes wird in

dieser Arbeit zudem zwischen Stoffen bzw. Gegenständen unterschieden. In der Che-

mie bestehen Gegenstände aus Stoffen.431 Ein Stoff liegt in einer chemisch einheitli-

chen Form vor und ist gekennzeichnet durch charakteristische physikalische und che-

mische Eigenschaften.432 Der Gesetzgeber unterscheidet ebenfalls zwischen Stoffen

und Gegenständen. Abfälle sind Stoffe oder Gegenstände, derer sich der Besitzer ent-

ledigt, entledigen will oder entledigen muss.433 In der Fertigungstechnik wird zwischen

formlosen Stoffen und festen Körpern unterschieden.434 Vom grundsätzlichen Ver-

ständnis unterscheiden sich nach Abschnitt 2.1.3 Stoffe durch ihre intensiven von

Gegenständen mit ihren extensiven Eigenschaften.435. Gegenstände sind fest und

formbehaftet.436 Das Adjektiv formbehaftet impliziert die Möglichkeit der Darstellung

von Gegenständen nach den Normen der Reihe ISO 128437 in einer technischen

Zeichnung. In dieser Arbeit wird der Produktlebenslauf anhand der Unterscheidung

zwischen Stoffen und Gegenständen differenziert und in Rohstoffgewinnungs-, verfah-

renstechnische Verarbeitungs-438, fertigungstechnische Bearbeitungs-439 sowie Nut-

426 VDI 2243, S. 35 427 Steinhilper 2009, S. 287 428 Smith 1981, S. 33; Dangelmaier 2001, S. 41; Wöhe und Döring 2013, S. 81 429 DIN EN ISO 14051, S. 12; VDI 3330, S. 3; DIN EN ISO 14040, S. 10 430 DIN EN ISO 14051, S. 12; VDI 3330, S. 3, DIN EN ISO 14040, S. 10 431 Busemann 1991, S. 570ff. 432 Bibliographisches Institut GmbH 2014g 433 KrWG, § 3 Absatz (1) 434 DIN 8580, S. 4 435 Busemann 1991, S. 570 f; DIN 8580, S. 6; DIN 2330, S. 6; 436 DIN 8580, S. 4 spricht von „[..] geometrisch bestimmten festen Körpern […]“. 437 DIN ISO 128-1, S. 10 438 Barthelmes 2013, S. 188 439 DIN 8580, S. 6

56

zungs- und Beseitigungsprozesse unterteilt. Transporte verbinden die einzelnen Teil-

prozesse (vgl. Bild 3-2).440 Eine geografische oder unternehmens- bzw. unterneh-

mensstandortspezifische Modellierung der Teilprozesse ist nicht vorgesehen, da sich

die Zustände unterschiedlicher Materialien innerhalb des Produktlebenslaufes nicht

anhand von Unternehmensgrenzen bzw. Unternehmensstandorten systematisieren

lassen (vgl. Abschnitt 2.1.2). Die Modellierung erfolgt in Konsistenz mit der Ökobilanz

über eine materialflussbasierte Betrachtung. Der Stoff, der aus der Rohstoffgewinnung

hervorgeht, wird als Rohstoff bezeichnet. Die Rohstoffgewinnung unterscheidet sich

von der Verarbeitung dahingehend, dass die ursprünglichen intensiven Eigenschaften

des Stoffes aus den Lagern der Ökosphäre erhalten bleiben. Die Verarbeitung ändert

die intensiven Eigenschaften sowohl der Rohstoffe als auch der Recyclate und bringt

einen Werkstoff hervor. Die Bearbeitung zeichnet sich durch die Transformation des

Werkstoffes zu einem Gegenstand und dessen Bearbeitung zu einem Fertigteil aus.

Aus unterschiedlichen Fertigteilen, die Neu- wie auch Altteilen entsprechen können,

werden mithilfe von Montageprozessen Baugruppen bzw. Produkte montiert. In der

Nutzung wird das Produkt zur Erfüllung einer Funktion genutzt. Das Produkt kann so-

wohl aktiv als auch passiv Funktionen erfüllen.441 Nach der Nutzung kann das Produkt,

je nachdem ob für den geplanten Kreislaufprozess die intensiven oder extensiven

Eigenschaften wichtig sind, einer Verarbeitung zur Verwertung als Stoff oder einer Be-

arbeitung zur Verwendung als Gegenstand zugeführt werden. Somit sind auch die Re-

cyclingformen nach Abschnitt 2.1.2 eindeutig definierbar. Eine Verwertung liegt dann

vor, wenn ein Stoff durch die Transformation der intensiven Eigenschaften verarbeitet

wird. Eine Verwendung erfolgt durch die Transformation der extensiven Eigenschaften

eines Gegenstandes in der Bearbeitung.442 Einer Beseitigung werden ausschließlich

Stoffe zugeführt, deren extensiven Eigenschaften innerhalb eines festen Aggregatzu-

standes für den Beseitigungsprozess nicht von Belang sind. Um den erweiterten Ver-

antwortungsbereich der Produktentwicklung zu verdeutlichen, wird der Produktlebens-

lauf zur restlichen Technosphäre abgegrenzt (vgl. Abschnitt 2.1.2). Der Produktle-

benslauf bildet ein Subsystem der Technosphäre ab. Die Transformationssysteme in-

nerhalb des Produktlebenslaufes benötigen Materialien bzw. Energien, die nicht inner-

halb des Lebenslaufes des zu entwickelnden Produktes abgebaut, hergestellt oder

produziert bzw. erzeugt werden. Zudem werden Materialien aus dem betrachteten Pro-

duktlebenslauf in andere Produktlebensläufe der Technosphäre transportiert. Somit

umschließt die Technosphäre sämtliche Rohstoffgewinnungs-, Fabrikations-,

440 Schmidt-Bleek und Klüting 1993, S. 126 441 Birkhofer et al. 2012, S. 565 442 Von den Präfixen wieder- und weiter- wird in dieser Arbeit abgesehen. Das liegt insbesondere an der fehlenden Nachverfolgbarkeit des Lebenslaufes eines Recyclates (dazu auch Abschnitt 3.1.2).

57

Bild 3-2: Das Partialmodell der Technosphäre443

443 Für diese Arbeit gelten ab hier folgende Konventionen in Anlehnung an Züst 1998, S. 163: Material, welches Bestandteil des zu entwickelnden Produktes wird, wird von links, andere Materialien wie Betriebs-stoffe, von oben dem Transformationssystem zugeführt. Nachhaltigkeitsindikatoren können sowohl Ein- wie auch Ausgänge eines Transformationssystemes sein und werden unterhalb eingetragen. Materialien als Ausgang eines Transformationssystemes, die Bestandteile des zu entwickelnden Produktes werden, verlassen es rechtsseitig, die Bestandteile anderer Produkte werden oder der Beseitigung zugeführt werden, verlassen es oberhalb; aus Gründen der Übersichtlichkeit werden Nebenflüsse, Anwendende usw. nach Bild 2-2 nicht explizit aufgeführt, sie werden über die Nachhaltigkeitsindikatorwerte berücksichtigt.

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58

Nutzungs- und Beseitigungsprozesse, die direkt oder indirekt über Material- oder Ener-

gieflüsse mit dem Lebenslauf des zu entwickelnden Produktes verknüpft sind. Die

Technosphäre wird zu den Nachhaltigkeitssphären abgegrenzt und steht über die

Nachhaltigkeitsindikatorwerte mit ihnen in Wechselwirkungen (vgl. Abschnitt 2.2.1.1

und Bild 3-2). Die Nachhaltigkeitsindikatorwerte erfassen analog zu den Wirkungsindi-

katorwerten der Ökobilanz die Größen bzw. Flüsse über die Systemgrente der Tech-

nosphäre, die nach dem Übergang in die bzw. aus der Öko-, Ökono- und Soziosphäre

eine Wirkung hervorrufen.

Im Folgenden wird näher auf die einzelnen Transformationssysteme des Produktle-

benslaufes eingegangen. Dabei wird die Abgrenzung über den Ein- und Ausgang der

jeweiligen Materialien als Operanden durchgeführt.

3.1.1 Die Rohstoffgewinnung

Im ersten Transformationssystem des Produktlebenslaufes wird der Rohstoff gewon-

nen.444 Die Rohstoffgewinnung hat zur Aufgabe Rohstoff abzubauen. Den Übergang

des Elementarstoffes445 aus der Ökosphäre zum Rohstoff in die Technosphäre stellt

der Abbau dar (vgl. Abschnitt 2.1.2).446 Die Verfahrenstechnik zeichnet sich durch eine

Stoffänderung, die Fertigungstechnik durch eine Gestaltänderung aus.447 Nach dem

Abbau ist der Rohstoff weder verfahrenstechnisch verarbeitet noch fertigungstech-

nisch bearbeitet worden (vgl. Abschnitt 2.1.2). Die Rohstoffgewinnung erfolgt über ver-

fahrenstechnisch bzw. fertigungstechnisch ähnliche Verfahren. Beispielsweise wird

der Abbau von Eisenerz durch ein dem (Umfangs-)Fräsen fertigungstechnisch ähnli-

ches Verfahren mithilfe eines Schaufelradbaggers als Operator realisiert. Nach

DIN 8589 ist das Fräsen ein

„Spanen mit kreisförmiger, einem meist mehrzahnigen Werkzeug zugeordneter

Schnittbewegung und mit senkrecht oder auch schräg zur Drehachse des Werk-

zeuges verlaufender Vorschubbewegung zur Erzeugung beliebiger Werkstück-

oberflächen.“448

Da es sich bei dem Erzvorkommen nicht um ein Werkstück handelt und das Fräsen

von Spänen in der Fertigung einem ungewollten Neben-Stofffluss entspricht, wird in

dieser Arbeit im Zusammenhang mit dem Rohstoffabbau durch Fräsen von fertigungs-

technisch ähnlichen Verfahren gesprochen. Verfahrenstechnisch ähnliche Verfahren

realisieren chemische, physikalische oder biologische449 Prozesse zur Gewinnung von

Rohstoffen, ohne die intensiven Eigenschaften des Rohstoffes zu transformieren. Bei-

spiele für verfahrentechnisch ähnliche Verfahren der Rohstoffgewinnung sind die hy-

draulische Frakturierung (hydraulic fracturing oder Fracking) oder das Sprengen. In

444 Wäldele 2012, S. 36; Birkhofer et al. 2012 445 Analog zur Definition des Elementarflusses nach DIN EN ISO 14040, S. 9 446 Schneider 1992, S. 51; Schmidt-Bleek und Klüting 1993, S. 117; Läpple 2010, S. 13 447 Schoner 2008, S. 16; Spur 2000, S. L4 448 DIN 8589 Blatt 3, S. 3 449 DIN EN ISO 10628, S. 4; bei Schoner 2008, S. 16 als Grundverfahren der Verfahrenstechnik bezeichnet und die mit den Hauptgruppen der Fertigungsverfahren der DIN 8580 vergleichbar sind.

59

Anlehnung an die Rohstoffdefinition ist ein Rohgegenstand ein fester Körper, der we-

der verfahrenstechnisch verarbeitet noch fertigungstechnisch bearbeitet worden ist,

beispielsweise Stammholz oder Granit. Entsprechend sind Rohmaterialien terminolo-

gisch von Werkstoffen, die während der Verarbeitungsprozesse hergestellt werden,

und von Recyclaten zu trennen (vgl. Abschnitt 2.1.2). Der Rohstoff kann in Anlehnung

an DIN 8580 nach der Gewinnung u. a. in flüssiger, plastischer, breiiger, körniger, pulv-

riger oder faseriger Form450 vorliegen. Die abgebauten Rohstoffe werden sowohl an

den betrachteten Produktlebenslauf als auch an andere in der Technosphäre stattfin-

dende Lebensläufe transportiert (vgl. Bild 3 4).

3.1.2 Die Verarbeitungsprozesse

Verfahrenstechnische Verarbeitungsprozesse verändern Stoffe chemisch, physika-

lisch oder biologisch nach Art, Eigenschaft und Zusammensetzung.451 Die Verarbei-

tungsprozesse entsprechen der Werkstoffherstellung des Produktlebenslaufes der

GPPe. Analog zum Rohstoff ist der Werkstoff ein Stoff, der verfahrenstechnisch ver-

arbeitet worden ist.452 Aus Sicht der Kreislaufwirtschaft wird von Aufbereitungsprozes-

sen von Recyclaten zur Verwertung gesprochen (vgl. Abschnitt 2.1.2).453 In diesem

Teilprozess werden die Rohstoffe für die Bearbeitungsprozesse erstmalig bzw. die Re-

cyclate zur Substitution von Rohstoffen erneut verarbeitet. I. d. R. bilden die Recyclate

und der aus dem Rohstoff hergestellte Werkstoff aufgrund von Vermischungen einen

homogenen Stoff. Nach der Vermischung ist eine separate Betrachtung des ursprüng-

lichen Recyclatflusses und des Flusses verarbeiteter Rohstoffe nicht mehr möglich.

Abhängig vom Rohstoff bzw. Recyclat, ihren Eigenschaften und dem herzustellenden

Werkstoff werden unterschiedliche Verfahren genutzt. Werkstoffe werden sowohl zu

dem betrachteten Produktlebenslauf als auch zu anderen in der Technosphäre statt-

findenden Lebensläufen transportiert (vgl. Bild 3-2). Eine Verarbeitung von Rohgegen-

ständen nach Abschnitt 3.1.2 ist i. d. R. nicht nötig. Sie besitzen bereits einen Zusam-

menhalt eines festen Aggregatzustandes mit den für die Bearbeitung und Nutzung ge-

eigneten Eigenschaften.

3.1.3 Bearbeitungsprozesse

Die Bearbeitungsprozesse entsprechen der Produktion im Produktlebenslauf der

GPPe. Die Produktentwicklung und Teile der Bearbeitungsprozesse sind nach der

GPPe einer Organisationseinheit zugeordnet (vgl. Abschnitt 2.1). Die Produktion pro-

duziert aus Werkstoffen durch die Fertigung und die Montage Produkte für die Nut-

zung.454 Die Fertigung fasst Verfahren zur Gewinnung fester Körper (Gegenstände)

450 Zustände in Anlehnung an DIN 8580, S. 8; die Zustände plastisch und breiig werden hier als mesomorphe Zustände – ein Zustand zwischen den Aggregatzuständen fest und flüssig – interpretiert. 451 Barthelmes 2013, S. 188 452 VDI 4800 Blatt 1, S. 5 versteht nach Kosmol et al. 2012, S. 27 einen Werkstoff als Rohstoff, da er unbearbeitet in die Produktion geleitet wird. 453 VDI 2243, S. 35 454 Westkämper 2006, S. 41

60

aus dem formlosen Zustand (Stoffen) und die geometrische und stoffliche Verände-

rung von Werkstücken zu Fertigteilen zusammen.455 Mit dem Urformen eines festen

Körpers aus dem formlosen Werkstoff durch Schaffen eines Zusammenhaltes treten

erstmals Werkstückeigenschaften in Erscheinung (vgl. Abschnitt 3.1.2).456 Die Trans-

formation eines Werkstückes zu einem Fertigteil erfolgt durch Bearbeitungsprozesse,

die durch Fertigungsverfahren realisiert werden.457 In der Montage werden die Fertig-

teile zu Baugruppen und/oder Produkten unter Anwendung von Fügeverfahren be-

arbeitet und die Qualität durch Prüfungen gesichert.458 Aus Sicht der Kreislaufprozesse

entspricht die Bearbeitung von Gegenständen der Aufarbeitung zur Verwendung.459

Im Gegensatz zu den Verarbeitungsprozessen aus Abschnitt 3.1.2 lassen sich die

Operanden der Aufarbeitungsprozesse separat von denen der Neu-Produktion be-

trachten. I. d. R. werden bei der Aufarbeitung, die einem Teilprozess der Refabrikation

entspricht, die Produktionsprozesse in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Die fer-

tigungstechnische Aufarbeitung erfolgt nach einer Prüfung mit anschließender Demon-

tage und erneuter Montage.460 Konsistent zu Abschnitt 2.1.1 und zu der GPPe wird in

Bild 3-2 das Produkt nach der Bearbeitung im fertigen Zustand durch einen Kreis ab-

gebildet.

3.1.4 Nutzung

In der Nutzung erfüllen Produkte sowohl Gebrauchs- als auch Geltungsfunktionen.461

Die Nutzung selbst wird in Teilprozesse aufgeteilt (vgl. Bild 3-3).462

Bild 3-3: Die Teilprozesse der Nutzung463

Der Einsatz nimmt eine Sonderstellung innerhalb des Produktlebenslaufes ein. Wäh-

rend Produkte und deren Bestandteile in den Fabrikationsprozessen die Operanden

gewesen sind, dienen sie während des Einsatzes selbst als Operator (vgl. Ab-

schnitt 2.1.1 und 2.1.2), evtl. auch in Fabrikationsprozessen (vgl. Abschnitt 3.1).464 Der

Nutzende übernimmt die Aufgaben des Anwendenden nach Bild 2-2. In den anderen

455 DIN 8580, S. 4 456 DIN 8580, S. 4; ein Urformen von Rohgegenständen ist nicht nötig (vgl. Abschnitt 3.1.2) 457 DIN 8580, S. 6 458 DIN 8593 Blatt 0, S. 2 459 VDI 2243, S. 35 460 Steinhilper 2009, S. 287f.; Steinhilper 2012, S. 768ff. 461 VDI 2803 Blatt 1, S. 3ff. 462 Dannheim 1999, S. 45ff. 463 Dannheim 1999, S. 46. nach Dannheim und Birkhofer 1998, S. 28 464 Diese Aussage ist dahingehend zu relativieren, dass der Operand selber, in dem Fall das zu entwickelnde Produkt, eine Transformation, beispielsweise durch eine Alterung, erfährt. Das kann zu einem Verlust des Nutzens wie auch des Wertes führen. Die Wartung und Reparatur wirken der Alterung entgegen.

Nutzungsprozess

Kauf InbetriebnahmeWartung/

ReparaturAußerbetriebnahme

Vorbereitung Einsatz Nachbereitung

Benutzung

61

fertigungsanalogen Teilprozessen der Nutzung wird das Produkt als Operand außer-

halb der Fabrikationsorte fertigungstechnisch bearbeitet.465

In jedem dieser Transformationssysteme hat der Nutzende durch beispielsweise die

Einsatzintensität, die Wartungshäufigkeiten und die Außerbetriebnahme mit anschlie-

ßender Entledigung Einfluss auf die Nachhaltigkeit des Produktes. Informationen zu

Nutzungsprozessen können während der Produktentwicklung z. B. Befragungen, Be-

obachtungen, Erfahrungswissen zu ähnlichen Produkten oder Abschätzungen lie-

fern.466 Die gewonnenen Informationen als Datenbasis für die Produktentwicklung kön-

nen je nach ihrer Quelle zusätzlich unterschiedliche Qualität haben. Durch individuel-

les Nutzungsverhalten und Nutzungsfehler467 etc. kommt es zu Abweichungen von der

antizipierten Datenbasis (vgl. Abschnitt 2.2.1.2). Die Informationen sind prospektiv und

damit mit einer Unsicherheit behaftet. Ein Antizipieren bzw. eine prospektive Ermittlung

mit einer anschließenden Analyse der relevanten Informationen über die Nutzungspro-

zesse ist aufgrund des Verhaltens des Anwenders daher schwierig.468 ABELE ET AL.

betonen, dass für unterschiedliche Produkte und Produktarten spezielle Modelle für

das Antizipieren der Nutzung entwickelt werden müssen.469

3.1.5 Beseitigung

Materialien der Rohstoffgewinnungs-, Fabrikations- und Nutzungsprozesse, die nicht

als Gegenstände verwendet oder als Stoff verwertet werden, verlassen die Techno-

sphäre als Stoffe470 über die Beseitigung.471 Abfälle sind Stoffe oder Gegenstände,

derer sich der Besitzer entledigt, entledigen will oder entledigen muss (vgl. Ab-

schnitt 3.1). Eine Entledigung fasst die Verwertung472 und die Beseitigung von Abfällen

zusammen.473 Die Verwertung findet innerhalb der Technosphäre statt und der Stoff

oder Gegenstand erfüllt nach dem Verwertungsprozess einen Zweck innerhalb der

Technosphäre.474 Die Beseitigung wird über die Verwertung abgegrenzt und über die

Beseitigungsverfahren definiert.

„Beseitigung […] ist jedes Verfahren, das keine Verwertung ist, auch wenn das

Verfahren zur Nebenfolge hat, dass Stoffe oder Energie zurückgewonnen wer-

den.“475

465 Gramlich 2013, S. 104ff. 466 Dannheim 1999, S. 68 467 Dannheim 1999, S. 68 468 Dannheim 1999, S. 49ff. 469 Abele et al. 2005, S. 101 470 In Abschnitt 3.1 ist die Einschränkung eingeführt worden, dass Gegenstände aufgrund ihrer Beschreibung durch extensive Eigenschaften keiner Beseitigung zugeführt werden, da die intensiven Eigenschaften von Stoffen für die Beseitigung ausschlaggebend sind. 471 Prammer 2009, S. 102f.; VDI 2243, S. 10 472 Die Systematisierung von Kreislauf- bzw. Verwertungs- und Verwendungsprozessen ist wie in Abschnitt 2.1.2 bereits erwähnt inkonsistent und weist erhebliche Unterschiede im Verständnis einzelner Autoren auf. Der Gesetz-geber spricht ausschließlich von der Verwertung von Abfällen, während eine Verwendung über Materialien ohne Abfalleigenschaften definiert wird. Diese Definition ist inkonsistent zu der in Abschnitt 3.1 Hergeleiteten. 473 KrWG § 3 Abs. (2) 474 KrWG § 3 Abs. (23) 475 KrWG § 3 Abs. (26)

62

Sämtliche Beseitigungsverfahren transformieren Stoffe der Technosphäre zu Stoffen

der Ökosphäre. Eine Beseitigung erfolgt durch direktes Einbringen bzw. Deponieren

in das Erdreich, die Gewässer bzw. die Luft oder über eine Transformation durch oder

nach einer Verbrennung.476

3.2 Das Partialmodell der Nachhaltigkeit aus Sicht der Produktentwick-

lung

Wie u. a. in Abschnitt 2.1.2 dargelegt, sind Transformationssysteme für eine Wirkung

auf die Nachhaltigkeitssphäre verantwortlich. Nicht das Produkt, wie in Bild 2-8 darge-

stellt, steht im Spannungsfeld der Nachhaltigkeitssphären sondern der gesamte Pro-

duktlebenslauf und sämtliche in der Technosphäre über Material- und Energieflüsse

mit dem Produktlebenslauf in Verbindung stehende Transformationssysteme. Die Tat-

sache, dass innerhalb des virtuellen Produktlebenslaufes nach der Bearbeitung ein

Produkt im fertigen Zustand vorliegt, ruft zunächst keine Wirkungen hervor. Um dem

Grundgedanken der GPPe gerecht zu werden (vgl. Abschnitt 2.1) und die Konsistenz

zur Ökobilanz zu gewährleisten (vgl. Abschnitt 2.2.1.2), steht jedes vom Menschen

verursachte oder durchgeführte Transformationssystem innerhalb der Technosphäre

in Wechselwirkungen mit den Sphären der Nachhaltigkeit (siehe Bild 3-4).

Bild 3-4: Das Partialmodell der Nachhaltigkeit und die Nachhaltigkeitsindikatorwerte

Die Nachhaltigkeitsindikatorwerte a-f aus Bild 3-4 entsprechen den Flüssen von Nach-

haltigkeitsindikatorwerten nach Bild 3-1 für ein Transformationssystem. Nach Ab-

schnitt 2.2.1.1 führen Einträge in ein Transformationssystem in Form von Roh-

stoff- und Energieflüssen bzw. Austräge aus demselben in Form der Wirkungsindika-

torwerte zu einer Wirkung innerhalb der Ökosphären. Die Ein- und Austräge haben

i. d. R. eine negative Umweltwirkung durch einen steigenden Wirkungsindikator zur

Folge.477 Monetäre Ein- und Ausgänge in und aus dem Transformationssystem führen

nach Abschnitt 2.2.1.2 zu einer Wirkung auf die Ökonosphären. Ihre Differenz hat

476 KrWG Anlage 1 477 Zhao 2013, S. 72

63

einen Einfluss auf die Liquidität als Nachhaltigkeitsindikator der betriebswirtschaftli-

chen Ökosphäre. Nach Abschnitt 2.2.1.3 haben personengebundene Leistungen und

die davon abhängige Versorgungsleistung478, beispielsweise die (Grund-) Bedürfnis-

befriedigung oder Verwirklichungschancen, eine Wirkung auf die Soziosphären über

das Sozialkapital als gesellschaftlicher Nachhaltigkeitsindikator.

Unter Berücksichtigung der notwendigen Materialien und Energien sämtlicher Trans-

formationssysteme des Produktlebenslaufes steht erweitert die Technosphäre mit den

über Material- und Energieflüssen in Verbindung stehenden Transformationssystemen

im Spannungsfeld der Nachhaltigkeit (vgl. Abschnitt 2.1.2). Über die Superposition je-

des Transformationssystemes erfolgt die Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte

für die gesamte Technosphäre entsprechend Bild 3-2. In dieser Arbeit werden die

Wechselwirkungen der Sphären untereinander verkürzt und nicht betrachtet (vgl. Ab-

schnitt 3).

Auf der einen Seite wird für die zweckdienliche Änderung eines Operanden innerhalb

des Transformationssystemes Aufwand betrieben. Je nach Aggregation unterscheiden

sich die Nachhaltigkeitsindikatorwerte als Datenbasis zur Analyse der Wirkung auf die

Nachhaltigkeitssphären. In den Fabrikationsprozessen beispielsweise entsteht Auf-

wand durch die Bereitstellung von Materialien, Betriebsmitteln und Humankapital. In

der Nutzung entsteht Aufwand durch den Kauf und die Benutzung, durch personenge-

bundene Leistungen und durch evtl. nötige Wartungen oder Reparaturen. Auf der an-

deren Seite suggerieren die Transformationssysteme innerhalb der Technosphäre die

Schöpfung eines Nutzens oder der Versorgung. Fabrikationsprozesse schöpfen Wert

für die Unternehmen durch die Transformation eines Materials im Sinne einer Verede-

lung.479 Die Beschäftigten als Anwendende der Betriebsmittel oder als Operatoren stel-

len der Technosphäre ihre persönliche Leistung in Form von Humankapital zur Verfü-

gung. Im Gegenzug erhalten sie einen Nutzen im Sinne der Sicherung des Lebens-

unterhaltes in Form eines Arbeitsentgeltes oder der Selbstverwirklichung durch schöp-

ferische Arbeit. Während des Einsatzes führt das Produkt zu einem Nutzen bzw. Wert

für den Nutzenden.480 In der Methode zur vergleichenden Ökobilanz wird der Nutzen

beispielsweise über eine funktionelle Einheit481 für alle zu vergleichenden Produktsys-

teme als Bezugsgröße quantifiziert.482 Die Bereitstellung des Kundennutzens bzw. die

Versorgung zur Befriedung der Kundenanforderungen wird den Unternehmen durch

478 Nach Bibliographisches Institut GmbH 2016 ist die Versorgungsleistung die „Leistung […], die der Staat zur

Sicherung des Lebensunterhalts gewährt“. Hier wird der amtssprachliche Begriff der Versorgungsleistung auf die

gesellschaftliche Nachhaltigkeit übertragen und ist die Leistung, die durch ein Transformationssystem zur Siche-

rung der (Grund-) Bedürfnisbefriedigung oder der Verwirklichungschancen gewährt wird. 479 Westkämper 2006, S. 33ff. 480 Redlich 2011, S. 23 481 Die funktionelle Einheit ist sprachlich im Zusammenhang mit der Ökobilanz irreführend. Das Adjektiv funktionell impliziert nach Bibliographisches Institut GmbH 2014b eine Bewertung hinsichtlich einer Funktionsfähigkeit. Für die Bezugseinheit ist hingegen das Adjektiv funktional im Sinne des Bezuges auf eine Funktion (vgl. Bibliographisches Institut GmbH 2014a) passender. 482 DIN EN ISO 14040, S. 10

64

einen Gegenwert in Form eines Marktpreises, der Leasingraten oder der Mietpreise

vergütet.

Die Produktentwicklung beeinflusst die in Bild 3-4 dargestellten Nachhaltigkeitsindika-

torwerte. Die Entscheidung für oder gegen einen Werkstoff beispielsweise beeinflusst

den nachhaltigen Zustand sowohl des Lebenslaufes des zu entwickelnden Produktes

als auch anderer Transformationssysteme innerhalb der Technosphäre. Eine Ent-

scheidung für eine Verwendung als Alternative zu der stattfindenden Verwertung als

Referenz483 beispielsweise, leitet Gegenstände in die Bearbeitung wogegen in der Ver-

arbeitung die Menge an Stoff nicht mehr ankommt. Die Entscheidung für eine Verwer-

tung und gegen eine Beseitigung als Referenz hat denselben Effekt auf andere Trans-

formationssysteme des Produktlebenslaufes.

Beispielsweise hat die Einführung der Pfandpflicht für Einwegverpackungen von Ge-

tränken durch die Verordnung über die Vermeidung und Verwertung von Verpackungs-

abfällen (VerpackV) zu einer Restrukturierung sämtlicher mit der Einwegverpackung

in Verbindung stehender Produktlebensläufe geführt. Der Gesetzgeber verfolgt öko-

nomische und ökologische Ziele mit der Einführung der Pfandpflicht.484 Durch eine

Harmonisierung der Verpackungsabfall- und Verpackungswirtschaft sollen Handels-

hemmnisse und Wettbewerbsverzerrung innerhalb der Europäischen Union beseitigt

werden.485 Die Erhebung eines Pfands für Einweggetränkeverpackungen soll die Ver-

braucher zur Vermeidung von Abfall durch eine Bevorzugung der Mehrwegflaschen

bewegen.486 Weiterhin wird ein Rücknahmesystem eingeführt, welches die Einwegver-

packungen sammelt.487 Entsprechend wird der Materialfluss der Einwegverpackungen

für Getränke vom privaten häuslichen Abfall und der anschließenden Trennung oder

Beseitigung als Referenz zu der Verwertung geleitet. Kündigungen aufgrund des ge-

ringeren Mengenumsatzes in der kommunalen Entsorgungs- und Kreislaufbranche

sind die Folge gewesen.488 Betriebsbedingte Kündigungen hat es ebenfalls in anderen

Bereichen der Technosphäre gegeben. Abfüllende, Herstellende und Lieferanten von

Einweg-Getränkeverpackungen haben geringere Auftragszahlen aufgrund des Kon-

sumverzichtes verzeichnet, die Entlassungen zur Folge gehabt haben.489 Durch die für

die Rücknahme eingesetzten Automaten hat sich gleichzeitig ein neuer Wirtschafts-

zweig mit entsprechenden Lebensläufen und Arbeitsplätzen etabliert.490 Dieses Bei-

spiel veranschaulicht zwei wichtige Sachverhalte. Zum einen wird der Einfluss von

483 DIN EN ISO 14040, S. 11ff. spricht von Referenzflüssen oder Referenzeinheiten. Wird, wie in diesen Beispielen, ein Transformationssystem sprachlich als Vergleichsprozess verwendet, wird es konsistent zu DIN EN ISO 14040 als Referenz-Transformationssystem oder nur Referenz bezeichnet. 484 An der Stelle muss erwähnt werden, dass die nachfolgend beschriebnen Ziele durch die Einführung des Pfandes für Einwegverpackungen von Getränken nicht uneingeschränkt erreicht worden sind. Zum einen ist der ökologische Vorteil von Mehrwegverpackungen nach Detzel et al. 2010, S. 7ff. nicht eindeutig geklärt. Zum anderen hat nach Schabelon 2013 eine Harmonisierung des Marktes wegen Tricks der Einzelhändler ebenfalls nicht flächendeckend stattgefunden. 485 VerpackV § 1 Abs. (1) - (2) 486 VerpackV § 1 Abs. (2) 487 VerpackV § 6 Abs. (2) 488 Lehrke 2003 489 Mitteldeutsche Zeitung 2003 490 Barz 2015

65

Entscheidungsträgern auf die Lebensläufe von Produkten durch die Manipulation von

Materialflüssen und die resultierenden Folgen auf die Nachhaltigkeit deutlich. Zum an-

deren hat die Optimierung hinsichtlich eines Aspektes oder zwei Aspekten der Nach-

haltigkeit Folgen auf sämtliche Sphären.

Übertragen auf die Produktentwicklung beeinflusst sie über die unabhängigen Eigen-

schaften nicht nur die bearbeitenden Transformationssysteme innerhalb des Produkt-

lebenslaufes des zu entwickelnden Produktes, sondern auch mit dem Produktlebens-

lauf in Verbindung stehende Transformationssysteme anderer Produktlebensläufe der

Technosphäre. Die kausale Kette zwischen den unabhängigen und abhängigen Eigen-

schaften lässt sich in Bezug auf das Verständnis der Nachhaltigkeitssphären nach Ab-

schnitt 2.2 auf Indikatorwerte reduzieren. Ihre Individualisierung hängt von dem infor-

matorischen Abstand zwischen der Produktentwicklung und dem jeweiligen Transfor-

mationssystem und dem Stand der Produktentwicklung ab.

Im Folgenden wird näher auf die einzelnen Sphären der Nachhaltigkeit nach Bild 3-4

eingegangen. Insbesondere wird der Zusammenhang zwischen dem nachhaltigen Zu-

stand der Sphären mit den Nachhaltigkeitsindikatorwerten erläutert.

3.2.1 Das Partialmodell der Ökosphäre

Mehr als zwei Drittel der Umweltwirkungen von Produkten entlang des Produktlebens-

laufes werden bereits in der Produktentwicklung festgelegt.491 Ein Produkt ist ökolo-

gisch nachhaltig, wenn es im Vergleich zu einem Referenz-Produkt gleicher funktiona-

ler Einheit geringere Umweltwirkungen bzw. geringere Nachhaltigkeitsindikatorwerte

bzw. Nachhaltigkeitsindikatoren über den gesamten Produktlebenslauf hinweg verur-

sacht bzw. hervorruft. Um die ökologische Bilanz eines zu entwickelnden Produktes

zu verbessern, stehen der Produktentwicklung eine Vielzahl von Maßnahmen zur Ver-

fügung.492 Sie beziehen sich auf unterschiedliche Lebenslaufprozesse und sind in

unterschiedlichen Teilprozessen der Produktentwicklung anwendbar.493 Beispiels-

weise integrieren WIMMER UND ZÜST den Umweltgedanken durch Handlungsanweisun-

gen in Form von nicht umweltspezifischen Fragen in die Arbeitsschritte der Produkt-

entwicklung.494

491 Schimmelpfeng 1999, S. V; Tischner 2000, S. 9 492 u. a. Zhao 2013, S. 190ff.; Vezzoli und Manzini 2008, S. 64ff.; Birkhofer et al. 2012, S. 577ff.; Luttropp und Lagerstedt 2006, S. 1401 493 Birkhofer et al. 2012, S. 569ff.; Tischner und Dietz 2000, S. 39ff.; Zhao 2013, S. 124ff.; Spengler und Schröter 2001, S. 227ff.; Müller et al. 2000, S. Abschnitt 3.2.1/Seite 1ff. 494 Wimmer und Züst 2001, S. 121ff.

66

Das Partialmodell der Ökosphäre wird durch die Ökobilanz vorgegeben (vgl. Ab-

schnitt 2.2.1.1). Die Modellbildung der Ökosphäre erfolgt über das Charakterisierungs-

modell der Wirkkategorien nach Formel (1).

Das Partialmodell zur Abschätzung der anthropogenen Wirkung auf die Ökosphäre

wird mit der Gesamtheit aller Partialmodelle der Wirkungskategorien gleichgesetzt.495

Der Wirkungsindikator wird über den Wirkungsindikatorwert und einem für die jeweilige

Wirkungskategorie verwendeten Berechnungsfaktor individualisiert. Der Wirkungsindi-

katorwert seinerseits wird über die Elementarflüsse und einen sowohl wirkungskate-

goriespezifischen als auch elementarflussspezifischen Charakterisierungsfaktor indi-

vidualisiert.

Das Charakterisierungsmodell beschreibt den Zusammenhang zwischen den Elemen-

tarflüssen und der Umweltwirkung über Charakterisierungsfaktoren zu der jeweiligen

Wirkungskategorie.496 Da die Elementarflüsse sowohl Stoffe als auch Energien sein

können,497 wird über die Individualisierung der Elementarflüsse zu Wirkungsindikator-

werten eine gemeinsame Einheit für die Wirkungsabschätzung geschaffen. Sie ent-

sprechen den ökologischen Indikatorwerten in Bild 3-1 bzw. den Flüssen d in Bild 3-4.

Sie beschreiben den Fluss bzw. die Größen aus den Transformationssystemen der

Technosphäre, die nach dem Übergang in die Ökosphäre dort eine Wirkung hervorru-

fen. Der Umweltwirkungsmechanismus führt zu einer Änderung spezifischer Eigen-

schaften der Subsphären der Ökosphäre, die durch Wirkungsindikatoren beschrieben

werden. Die Datenbasis des Partialmodelles der Ökosphäre bildet das Ergebnis des

Individualmodells der Sachbilanz als Individualisierung von Transformationssystemen

durch verursachte Elementarflüsse in der Technosphäre.498 Andere Größen und be-

nötigte Daten sind durch die Individualmodelle zu den partialen Charakterisierungsmo-

495 Das Ergebnis der Individualisierung der Formel (1) ist die Zustandsbeschreibung der Ökosphäre über das Merk-mal Wirkungskategorie und einen Wert in Form des Wirkungsindiktors. 496 DIN EN ISO 14044, S. 35 497 DIN EN ISO 14040, S. 9 498 DIN EN ISO 14040, S. 25ff.

MEfi,j Wj,k = f(Wwj,w(MEfi,j, Ci,w), Xw) (1) Wj,w

mit Wj,w

Wirkungsindikator eines Transformationssys-

temes j zur Wirkungskategorie w

Wwj,w

Wirkungsindikatorwert eines Transformations-

systemes j zur Wirkungskategorie w

MEfi,j

Menge eines Elementarflusses i eines Trans-

formationssystemes j

Ci,w

Charakterisierungsfaktor eines Elementarflus-

ses i zur Wirkungskategorie w

Xw Berechnungsfaktor einer Wirkungskategorie w

67

dellen abgebildet. Die Ökobilanz gibt weder Methoden zur Individualisierung von Pro-

zessinformationen zu Elementarflüssen noch zur Individualisierung der Elementar-

flüsse über Wirkungsindikatorwerte zu Wirkungsindikatoren vor.499

Im Folgenden werden die Zusammenhänge aus Formel (1) innerhalb des Partialmo-

delles der Ökosphäre beispielhaft an der Wirkkategorie Erderwärmung nach der Me-

thode Baseline über 100 Jahre des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaände-

rungen (Intergovernmental Panel on Climate Change-IPCC) spezialisiert.500 Nach KLO-

EPFFER UND GRAHL läuft das Vorgehen zur Wirkungsabschätzung anderer Wirkungs-

kategorien gleichermaßen ab.501

Die Berechnung der Wirkungsindikators der Erderwärmung erfolgt auf Basis der „un-

gestörten“ troposphärischen Eigenschaften im Jahr 1750 und quantifiziert den Zusam-

menhang zwischen der Änderung von Konzentrationen von Kohlendioxid in der Tro-

popause und der damit verbundenen Veränderung der stratosphärischen Temperatur

durch die veränderte Nettoeinstrahlung (Treibhauseffekt).503 Hier wird die Ökosphäre

durch die Stratosphäre als Subsystem individualisiert. Da die Erderwärmung nicht ad-

äquat zu messen ist, wird als Wirkungsindikator der Strahlungsantrieb nach Formel (2)

herangezogen.504 Als Charakterisierungsfaktoren werden globale Treibhauspotenziale

(Global Warming Potential-GWP) herangezogen, die über ein mathematisches Cha-

rakterisierungsmodell individualisiert werden.505 Das relative Treibhauspotenzial, es

entspricht Ci,k aus Formel (1), gibt den relativen Wirkungsgrad der Strahlenabsorption

unterschiedlicher Treibhausgase in Relation zu dem Referenzgas Kohlendioxid über

499 DIN EN ISO 14040, S. 18; die fehlende Vorgabe der Partialmodelle führt zu einer von der jeweiligen Software zur Ökobilanzierung abhängigen Individualisierung der Indikatoren ausgehend von indentischen Datenbasen. 500 DIN EN ISO 14044, S. 37 501 Kloepffer und Grahl 2009, S. 210ff. 502 Das absolute globale Treibhauspotenzial für Kohlendioxid, es entspricht Xk aus Formel (1), beträgt nach IPCC

2007, S. 311 8,94∗10-14 W

m2kgCO2

.

503 IPCC 2007, S. 951 504 DIN EN ISO 14044, S. 37 505 IPCC 2007, S. 31

MEfi,j

ΔFj = CO2äj ∗ AGWP100,CO2

(2)

ΔFj CO2ä

j= ∑ MEfi,j ∗ GWP100,i

n

i=1

(3)

mit ΔFj

Wirkungsindikator eines Transformationssys-

temes j zur Erderwärmung

W

m2

CO2äj

Kohlendioxid-Äquivalent eines Transforma-

tionssystemes j kg

CO2

AGWP100,CO2

Absolutes globales Treibhauspotenzial des

Kohlendioxides über 100 Jahre502

W

m2kgCO2

GWP100,i

Globales Treibhauspotenzial des Treibhaus-

gases i über 100 Jahre

kgCO2

kgi

68

einen Zeitraum von 100 Jahren an.506 Der Wirkungsindikatorwert Kohlendioxid-Äqui-

valent507 nach Formel (3) superponiert den Treibhauseffekt unterschiedlicher Treib-

hausgase als Elementarflüsse des betrachteten Tranformationssystemes in Relation

zu Kohlendioxid. Als relevante Elementarflüsse für die Erderwärmung werden 78 ver-

schiedene Treibhausgase definiert.508 Jedem Treibhausgas wird ein relatives Treib-

hauspotenzial zugeordnet,509 das wiederum durch andere Partialmodelle individuali-

siert wird510 und durch Konstanten in das Partialmodell der Erderwärmung einfließt.

Methan hat beispielsweise eine 25-fach höhere Wirkung auf die Strahlenabsorption

als Kohlendioxid, Distickstoffmonoxid die 298-fache Wirkung.511

Das in Formel (2) beschriebene Partialmodell der Ökosphäre wird für die vereinfachte

ökologische Bewertungsmethode nach Abschnitt 2.2.1.2 weiter verkürzt. Das Partial-

modell zur MIPS-Methode nach Formel (4) und (5)512 verkürzt das Vorgehen der Öko-

bilanz um die Sachbilanz und die Individualisierung des Wirkungsindikators.

Das MIPS benutzt als Datenbasis keine Elementarflüsse sondern Material- bzw. Ener-

giemengen oder Transportstrecken. Die Sachbilanz und die Berechnung der Wir-

kungsindikatorwerte werden über die Material-Intensität charakterisiert und zusam-

mengefasst.

506 IPCC 2007, S. 946 507 DIN EN ISO 14044, S. 37 508 IPCC 2007, S. 33–34 509 IPCC 2007, S. 33–34 510 IPCC 1990, S. 58 511 IPCC 2007, S. 33 512 Schmidt-Bleek und Klüting 1993, S. 129

Mi,j

MIPSj,k =1

S∗ MIj,k (4)

MIPSj,k

MIj,k = ∑ Mi,j ∗

n

i

MIti,k (5)

mit MIPSj,k

Material-Input pro Serviceeinheit eines Transfor-

mationssystemes j der MIt-Kategorie k kg

S Serviceeinheit -

MIj,k

Material-Input eines Transformationssystemes j

der MIt-Kategorie k kg, J, km

Mi,j

Menge an Materialien, Energien oder Strecke i

eines Transformationssystemes j kg, J, km

MIti,k

Material-Intensität eines Materials, einer Energie

oder einer Strecke i der MIt-Kategorie k

kg

kg,kg

J,kg

km

69

Es werden die MIt-Kategorien:

Abiotische (abiot.) Rohstoffe,

Biotische (biot.) Rohstoffe,

Wasser und

Luft

angegeben.513 Die Material-Intensität in Formel (5) beschreibt als 4x1-Matrix die

Menge an Rohstoffen, Boden, Wasser und Luft, die zur Bereitstellung der Materialien

und Energien der Transformationssysteme innerhalb der Technosphäre in der Öko-

sphäre bewegt worden sind.514 Analog zu der funktionalen Einheit der Ökobilanz wird

der Material-Input zur Vergleichbarkeit unterschiedlicher Transformationssysteme

über die Serviceeinheit normiert.

Wie bereits in Abschnitt 2.2.1.1 angedeutet, sind die unabhängigen Werkstoffeigen-

schaften und die Geometrien die Hauptstellhebel der Produktentwicklung für die Um-

weltwirkung entlang des Produktlebenslaufes. Sie bedingen nicht nur abhängige

Eigenschaften wie die benötigte Werkstoffmenge bzw. das Gewicht, sondern auch die

Fertigungs- und Montageprozesse und darüber die Umweltwirkung der Transforma-

tionssysteme über die hervorgerufenen Wirkungsindikatorwerte. Für den Einsatz von

aktiven Produkten haben das physikalische Prinzip und die festgelegte Wirkstruktur

maßgeblichen Einfluss auf die ökologische Nachhaltigkeit, bei passiven Produkten die

be- und verarbeiteten Materialien.

Zur Analyse der Umweltwirkung eines zu entwickelnden Produktes entlang des Pro-

duktlebenslaufes antizipiert die Produktentwicklung zunächst die beteiligten Transfor-

mationssysteme und synthetisiert die Indikatorwerte entsprechend dem Partialmodell

der Ökosphäre. Bei der Wahl des zu verwendenden Partialmodelles ist auf die Kon-

sistenzen zwischen der Datenbasis und den Verkürzungsmerkmalen des jeweiligen

Produktmodelles und des Partialmodelles der Ökosphäre zu achten. Für den Teilpro-

zess des Konzipierens eignet sich die MIPS-Methode nicht ausschließlich wegen des

geringeren Aufwandes zur Durchführung im Vergleich zur Ökobilanz (vgl. Ab-

schnitt 2.2.1.1).515 Die Ökobilanz ist nicht als Methodik einer durchgehenden entwick-

lungsbegleitenden ökologischen Prozessanalyse geeignet.516 Sie ist durch ihre metho-

dischen Handlungsanweisungen und ihre Partialmodelle auf die ökologische Bilanzie-

rung bereits bestehender Produkte ausgelegt worden. Beispielsweise ist eine Durch-

führung der Sachbilanz im Konzipierens nicht möglich. Zu diesem Zeitpunkt sind die

Materialien und Geometrien noch nicht hinreichend festgelegt, geschweige denn In-

formationen zu den Transformationssystemen bekannt. Eine Synthese bzw. ein Anti-

zipieren von Treibhausgasen, beispielsweise auf Konzeptebene, ist undenkbar.

513 Ritthoff et al. 2002, S. 14 514 Schmidt-Bleek und Klüting 1993, S. 19ff.; Ritthoff et al. 2002, S. 6; Ritthoff et al. 2002, S. 13 515 Pastewski 2009, S. 188; Rohn et al. 2010, S. 20; nach Ritthoff et al. 2002, S. 13 reicht zum Vergleich von Werk-stoffalternativen oder alternativen Geometrien verschiedener Wirkprinzipien die Berechnung des Material-Inputs der Konzeptvariante bzw. einzelnen Teilfunktionen nach Formel (5) aus. 516 Seitz 2003, S. 62ff.

70

„Erst in der späten Entwurfsphase, d. h. nach dem Vorliegen des Gesamtent-

wurfs, steht eine wesentlich breitere unveränderliche Datenbasis für die LCA[517]

zur Verarbeitung bereit.“518

EGEDE ET AL. empfehlen den Einsatz der Ökobilanz zu dem Entwicklungszeitpunkt, an

dem erste technische Zeichnungen und Stücklisten erarbeitet worden sind.519

3.2.2 Die Partialmodelle der Ökonosphäre

Analog zu den Zusammenhängen der Ökosphäre hat die Produktentwicklung einen

Einfluss auf die monetären Flüsse entlang des gesamten Produktlebenslaufes (vgl.

Abschnitt 2.2.1.2).520 Welche monetären Flüsse zu betrachten sind bzw. welche Sub-

systeme der Ökonosphäre zu betrachten sind, hängt von der jeweiligen Anspruchs-

gruppe und der Produktart ab.521 Für das produktentwicklungsnahe Unternehmen sind

die Kosten während der produktentwicklungsnahen Fabrikationsprozesse und der Um-

satz während der Marktphase ausschlaggebend. Aus Sicht der Zulieferer sind die

Menge und Art der gelieferten Produkte von Interesse. Für die Kunden sind aus öko-

nomischer Sicht die Nutzungskosten bzw. die Kosten während eines Bilanzierungs-

zeitraumes entscheidend (vgl. Abschnitt 2.2.1.2).522 Weiterhin hat die Produktart bzw.

haben die Transformationssysteme unterschiedlicher Kundensegmente und An-

spruchsgruppen einen Einfluss auf das Verständnis des Partialmodelles der ökonomi-

schen Sphäre der Betriebswirtschaft. Unabhängig von der Aggregationsebene und der

Anspruchsgruppe werden wirtschaftliche Kennzahlen als Grundlage einer ökonomi-

schen Nachhaltigkeitsbetrachtung herangezogen (vgl. Abschnitt 2.2.1.2). Die Kenn-

zahl der ökonomischen Wirkung eines Transformationssystemes ist somit von sämtli-

chen hervorgerufenen monetären Eingängen und Ausgängen eines Transformations-

systemes bzw. eines leistungswirtschaftlichen Prozesses abhängig. Formel (6) be-

schreibt allgemein den Zusammenhang zwishen Nachhaltigkeitsindikatorwerte und

den Kennzahlen.

517 Life Cycle Assessment oder Lebenszyklusanalyse, womit die Ökobilanz gemeint ist 518 Seitz 2003, S. 64 519 Egede et al. 2014, S. 239 520 Tischner 2000, S. 9 521 Stark et al. 2008, S. 193 522 In Anlehnung an Abschnitt 2.1 wird die technische Funktionserfüllung für den jeweiligen Einsatz als klassische Anforderung an ein Produkt vorausgesetzt.

MEj,a

MAj,a ÖKj,a = MEj,a − MAj,a (6) Ökj,a

mit MEj,a

Monetär-Eingang eines Transformationssys-

temes j der Anspruchsgruppe a Ge

MAj,a

Monetär-Ausgang eines Transformationssys-

temes j der Anspruchsgruppe a Ge

ÖKj,a

Ökonomische Kennzahl eines Transforma-

tionssystemes j der Anspruchsgruppe a Ge

71

Die Datenbasis des Partialmodelles wird je nach Aggregationsebene bzw. Subsystem

und Anspruchsgruppe im Folgenden weiter spezialisiert. Dabei werden die Transfor-

mationssysteme der Bearbeitung des produktentwicklungsnahen Unternehmens, die

restlichen Bearbeitungs- und Verarbeitungsprozesse innerhalb der Technosphäre als

Zulieferer- bzw. Kreislaufprozesse des Beschaffungsmarktes, die Nutzungsprozesse

von Konsum- und Investitionsgütern und die Beseitigungsprozesse entsprechend dem

Modell der Technosphäre nach Kapitel 3.1 unterschieden. Die Verkürzung auf die öko-

nomischen Wirtschaftseinheiten der Betriebe und der Privathaushalte ist in der nicht

vorhandenen Beeinflussbarkeit der Produktentwicklung auf die Aggregationsebene

bzw. das ökonomische Subsystem der Volkswirtschaft begründet. Die Produktentwick-

lung hat sicherlich Einfluss auf die volkswirtschaftlichen Kennzahlen einer Gesell-

schaft. Sie sind von der ökonomischen Nachhaltigkeit aller an der Volkswirtschaft be-

teiligten Betriebe und Privathaushalte abhängig. Sie wird in dieser Arbeit aus Konsis-

tenzgründen zur Soziosphäre nach Abschnitt 2.1.3 und 2.3 nicht berücksichtigt.

3.2.2.1 Das Partialmodell der produktentwicklungsnahen Ökonosphäre

Innerhalb des produktentwicklungsnahen Unternehmens verursacht die Produktent-

wicklung 6 % der Kosten, sie hat gleichzeitig die höchste Kostenverantwortung mit

70 %.523 So werden bei der Untersuchung von EHRLENSPIEL rund 65 % der Kostenein-

sparung durch Maßnahmen während Produktentwicklung erreicht.524 Der Einkauf bzw.

die Beschaffung der Materialien für die produktentwicklungsnahen Bearbeitungspro-

zesse verursacht hingegen innerhalb des produktentwicklungsnahen Unternehmens

76 % der Kosten.525

Für den ökonomischen Erfolg der produktentwicklungsnahen Transformationssysteme

ist die Differenz aus den Zielkosten und den antizipierten Selbstkosten maßgeblich,

wobei die Produktentwicklung Einfluss auf die Einzelkosten der produktentwicklungs-

nahen Bearbeitungsprozesse nimmt (vgl. Abschnitt 2.2.1.2). Beispielsweise haben die

metallver- bzw. bearbeitenden Wirtschaftszweige Materialkostenanteile am Bruttopro-

duktionswert von 63,4 %, Kostenanteile für Beschäftigte von 17,4 %, Energiekostenan-

teile von 6 % und restliche Kostenanteile von 12,6 %.526 KOLLER fasst die Kostenbeein-

flussung durch die Produktentwicklung über die Senkung von Material-, Fertigungs-

und Montagekosten zusammen.527

523 Hubka 1976, S. 6f. 524 Ehrlenspiel 1980, S. 177 525 Hubka 1976, S. 6f. 526 Statistisches Bundesamt 2015f, S. 294; der Materialkostenanteil berücksichtigt den Materialverbrauch und den Einsatz an Handelswaren ohne den Energieverbrauch. Der Beschäftigungskostenanteil fasst die Kosten für Perso-nal, Lohn- und Leiharbeit zusammen. Die Energiekosten enthalten den Kostenanteil des Energieumsatzes an dem Materialverbrauch. Die restlichen Kosten berücksichtigen Dienstleistungen, Kostensteuern, Mieten bzw. Pachten, Abschreibungen, Fremdkapitalzinsen und sonstige Kosten. 527 Koller 1985, S. 164ff.

72

Bild 3-5 veranschaulicht den monetären Zusammenhang zwischen der Finanzwirt-

schaft als Ökonosphäre des produktentwicklungsnahen Unternehmens und der Leis-

tungswirtschaft als Transformationssystem der Technosphäre.

Bild 3-5: Das betriebswirtschaftliche Partialmodell des produktentwicklungsnahen Unternehmens528

Die Liquidität bzw. die ökonomische Nachhaltigkeit des produktentwicklungsnahen

Unternehmens ist von den Nominalgütereingangsflüssen, die während des Marktzy-

klus erwirtschaftet werden, und den Nominalgüterausgangsflüssen, die während des

Entstehungszyklus zur Entwicklung des Produktes benötigt werden, abhängig. Sie

werden in Formel (6) als Monetär-Eingang und -Ausgang bezeichnet.

3.2.2.1.1 Das Partialmodell der Kosten während des Entstehungszyklus

Die Erfassung der ausgehenden bzw. negativen Nominalgüterflüsse der Finanzwirt-

schaft eines Unternehmens als betriebswirtschaftliches Subsystem der Ökonosphäre

während des Entstehungszyklus erfolgt durch die Kostenrechnung.

„Der wertmäßige Kostenbegriff bezeichnet denjenigen bewerteten Verzehr von

Gütern und Dienstleistungen als Kosten, der zur Erstellung und zum Abschnitt

der betrieblichen Leistung sowie zur Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft

in der betrachteten Periode erforderlich ist.“529

Am Beispiel der Maschinenstundensatzrechnung basierend auf der differenzierenden

Zuschlagskalkulation wird das Partialmodell der Kostenrechnung bzw. des Monetär-

Ausganges verdeutlicht.

Die differenzierende Zuschlagskalkulation ist eine statische Methode der Kostenträ-

gerrechnung und unterscheidet zwischen Einzelkosten und Gemeinkosten jeweils in

Ge-Äquivalenten.530 Sie wird auch als Entscheidungshilfe während der Produktent-

wicklung im Teilprozess des Entwerfens herangezogen.531 Die Einzelkosten werden

dem Realgut-Ausgang bzw. dem Kostenträger direkt zugerechnet.532 Die variablen

Einzelkosten entsprechen den Kosten für die Realgüter Arbeitskraft bzw. Fertigungs-

lohnkosten und Materialeinzelkosten für die leistungswirtschaftlichen Prozesse bzw.

die Transformationssysteme.533 Die Gemeinkosten werden auch als indirekte Kosten

528 in Anlehnung an Bild 2-9 nach VDI 2234, S. 8, Ossadnik 2008, S. 3 und Kosiol 1968, S. 145 529 Ossadnik 2008, S. 33 530 VDI 2234, S. 23; Domschke und Scholl 2005, S. 340 531 VDI 2235, S. 9ff.; VDI 2225 Blatt 1, S. 2ff. 532 VDI 2234, S. 19; Domschke und Scholl 2005, S. 340; 533 VDI 2234, S. 25; VDI 2234, S. 11; Schlink 2014, S. 71

73

bezeichnet und können aufgrund ihrer Verursachung durch mehrere Kostenträger

nicht einem einzelnen Realgut bzw. Erzeugnis oder dem zu entwickelnden Produkt

zugeordnet werden.534 Dazu zählen sowohl fixe Kosten wie für die Arbeitskraft der fi-

nanzwirtschaftlichen Prozesse oder der Produktentwicklung, die Zinsen und Mieten als

auch variable Kosten für Maschinen wie die Energiekosten oder Betriebsstoffe.535 Sie

werden über Gemeinkostenzuschlagssätze mit den Einzelkosten berechnet.536

Formel (7) fasst das Partialmodell der Selbstkosten nach der differenzierenden Zu-

schlagskalkulation zusammen.539

534 VDI 2234, S. 10 535 VDI 2234, S. 11; Schlink 2014, S. 72 536 VDI 2234, S. 25; Domschke und Scholl 2005, S. 340 537 I. d. R. wird von Herstellungskosten gesprochen. Aus Gründen der Konsistenz zu Abschnitt 3.1 wird in diesem Abschnitt von Bearbeitungskosten gesprochen. 538 Plinke und Rese 2006, S. 122 sprechen von Aufträgen und nicht von Produkten. 539 VDI 2234, S. 25; Schweitzer und Küpper 2011, S. 173; Plinke und Rese 2006, S. 122ff. 540 Plinke und Rese 2006, S. 122 summieren über die Kostenstellen auf. Hier werden die Kostenstellen durch Transformationssysteme abgebildet. Eine Kostenstelle kann ein Transformationssystem oder eine Kette mehrerer Transformationssysteme beinhalten.

Bakp Skp = Bakp + Vgkp(Bakp) + Vkp(Bakp) (7) Skp

mit Bakp Bearbeitungskosten537 des Produktes p538 €

Vgkp Verwaltungsgemeinkosten des Produktes p €

Vkp Vertriebskosten des Produktes p €

Skp Selbstkosten des Produktes p €

Mekp,j

Flkp,j

Bakp = Mkp + Fkp (8)

Bkp Mkp = ∑ [Mekp,j ∗ (1 + Mgkzsj)]

n

j=1

(9)

Fkp = ∑ [Flkp,j ∗ (1 + Fgkzsj)]

n

j=1

(10)

mit Mekp,j

Materialeinzelkosten des Produktes p im

Transformationssystem j540 €

Flkp,j

Fertigungslohnkosten des Produktes p im

Transformationssystem j €

Mkp Materialkosten des Produktes p €

Fkp Fertigungskosten des Produktes p €

Mgkzsj Materialgemeinkostenzuschlagssatz des

Transformationssystemes j %

Fgkzsj Fertigungsgemeinkostenzuschlagssatz des

Transformationssystemes j %

74

Die Datenbasis des Partialmodelles der Selbstkosten bilden die Bearbeitungskosten,

von ihnen sind auch die Verwaltungsgemein- und Vertriebskosten abhängig.541 For-

meln (8)-(10) spezialisieren das Partialmodell der Bearbeitungskosten.

Als Datenbasis dienen die Materialeinzel- und Fertigungslohnkosten mit entsprechen-

den Gemeinkostenzuschlagssätzen.542 Die am weitesten verbreitete Methode zur Kos-

tenrechnung ist die Maschinenstundensatzrechnung als Spezialisierung der bereits

vorgestellten differenzierenden Zuschlagskalkulation.543 Durch die Abspaltung der va-

riablen Maschinenkosten von den Fertigungsgemeinkosten, die dem Multiplikand der

Formel (10) entsprechen, soll das Kausalitätsprinzip der Zuordnung von Kosten zu ein-

zelnen Transformationssystemen erfüllt werden.

Die Fertigungskosten werden entsprechend Formel (11) neben den Fertigungslohn-

kosten zusätzlich in Maschinenkosten über Maschinenstundensätze544 und Restferti-

gungsgemeinkosten aufgeteilt.545 Der Maschinenstundensatz ist von der jeweiligen Art

der Maschine bzw. des Operatoren und den mit ihr bzw. ihm verbundenen kalkulatori-

schen Abschreibungen und Zinsen, den Raum- und Energiekosten als auch den In-

standhaltungskosten abhängig.546 Durch die Berücksichtigung eines Maschinenkos-

tensatzes soll eine (vermeintlich) verursachungsgerechtere Berechnung der Ferti-

gungsgemeinkosten einzelner Kostenträger im Vergleich zu der differenzierenden Zu-

schlagskalkulation erfolgen.547

Somit dienen die Maschinenstunden, die Materialeinzelkosten und Fertigungslohnkos-

ten des jeweiligen Transformationssystemes als Datenbasis zur Berechnung der Kos-

ten nach dem Modell der differenzierenden Zuschlagskalkulation. Zur Bestimmung der

541 Auf die Verwaltungsgemein- und Vertriebskosten wird im Weiteren nicht eingegangen. Sie sind nach VDI 2225 Blatt 1, S. 9 für die Produktentwicklung „[…] seltener von Interesse […]“. Sie werden durch die Multiplikation der Bearbeitungskosten mit den jeweiligen Zuschlagsfaktoren berechnet. 542 VDI 2234, S. 25; Schweitzer und Küpper 2011, S. 173; Plinke und Rese 2006, S. 122ff. 543 Horsch 2010, S. 111 544 Die Maschinenkosten je Ze können nach REFA 1976a, S. 38 zu Maschinenkosten je Stück über die Betriebs-mittelzeit je Stück aus der Division aus Belegungszeit und der Anzahl der Stücke umgerechnet werden. 545 VDI 2234, S. 11; VDI 2234, S. 25; Horsch 2010, S. 140; REFA 1976a, S. 36 546 REFA 1976a, S. 36f. 547 VDI 2234, S. 26f. 548 Aus prozessualer Sicht nach Abschnitt 2.1.1 wird jedem Prozess ein Operator in Form einer Maschine bzw. eines Arbeits- oder Betriebsmittels zugewiesen.

Flkp,j

Mstp,j Fkp = ∑ [Flkp,j ∗ (1 + Rfgkzs

j) + Mstp,j ∗ Mssj]

n

j=1

(11) Fkp

mit Mstp,j

Maschinenstunden des Operators548 des

Transformationssystemes j des Produktes p Ze

Rfgkzs

j

Restfertigungsgemeinkostenzuschlagssatz

des Operanden des Transformationssyste-

mes j

%

Mssj

Maschinenstundensatz des Operanden des

Transformationssystemes j des Produktes p

€

Ze

75

Gemeinkostenzuschläge wird der Betriebsabrechnungsbogen verwendet.549 Sämtli-

che Zuschläge für Maschinenstunden oder die Gemeinkosten werden „willkürlich“ fest-

gelegt.550 Für die Berechnung der Gemeinkosten werden Kostenarten, wie Raum-, So-

zial-, Energie- oder Instandhaltungskosten berücksichtigt.551 Ähnlich verhält es sich mit

den Maschinenstundensätzen. Sie werden über die Kostenarten kalkulatorische Ab-

schreibungen und Zinsen, Raum-, Energie- und Instandhaltungskosten berechnet.552

Keine der Kostenarten, sowohl zur Berechnung der Gemeinkostenzuschläge als auch

der Maschinenstundensätze, entsprechen Aktionsparametern der Produktentwick-

lung. Sie stehen mit den unabhängigen bzw. abhängigen Eigenschaften des Produktes

nicht in Verbindung.553

3.2.2.1.2 Das Partialmodell des Umsatzes während des Marktzyklus

Ein zu entwickelndes Produkt ist im Vergleich zu einem Referenzprodukt ökonomisch

nachhaltiger, wenn die Liquidität bzw. die Einnahmen flüssiger Mittel oder der Gewinn

(vgl. Abschnitt 2.2.1.2) höher sind. Die Einnahmen flüssiger Mittel bzw. der Umsatz

bzw. der Erlös, z. T. auch als Leistungswert oder Umsatzerlös bezeichnet,554 be-

schreibt den positiven Nominalgüterfluss von dem Absatzmarkt in die Ökonosphäre.

Formel (12) beschreibt das Partialmodell des Umsatzes.

Der Umsatz ist abhängig von dem Stückpreis des Produktes, der abgesetzten Stück-

zahl in dem betrachteten Zeitraum und der Länge des betrachteten Zeitraumes. Das

549 REFA 1976a, S. 23 550 u. a. VDI 2234, S. 13; Möller et al. 2011, S. 212; Posluschny 2010, S. 120 551 REFA 1976a, S. 23ff. 552 REFA 1976a, S. 37 553 An der Stelle wird der Unterschied zwischen dem allgemeinen Verständnis bzw. der Interpretation von Modellen und den modellspezifischen Verkürzungsmerkmalen deutlich. VDI 2235, S. 13 sieht den Einfluss der Produktent-wicklung auf den Gemeinkostenanteil in den Aspekten der Materialwirtschaft, der Arbeitsvorbereitung und der fest-gelegten Teilevielfalt. Zum einen berücksichtigen die Gemeinkosten keinen dieser Aspekte. Zum andern gehören die Materialwirtschaft und die Arbeitsvorbereitung nach Hubka 1976, S. 6f. nicht zum Unternehmensbereich der Produktentwicklung. Die Teilevielfalt fließt bei der Individualisierung der Zuschlagssätze durch das Partialmodell des Betriebsabrechnungsbogens evtl. über die Raum-, Personal- und Fertigungskosten durch die Handhabung ein. Der Produktentwicklung steht somit kein Partialmodell zur Verfügung, mit dessen Hilfe die Wirkung der Änderungen bezüglich der Teilevielfalt auf Grundlage synthetisierter Indikatoren analysiert werden kann. 554 VDI 2234, S. 28

Up = ∑ Spp,z

∗ Nz ∗ Δtz = N ∗ spp

n

z=1

(12) Up

mit Up Umsatz eines Produktes p €

Sp

p,z

Stückpreis eines Produktes p während des

Zeitintervalles z des Marktzyklus

€

Menge

Nz

Nachfrage während des Zeitintervalles z des

Marktzyklus

Menge

Ze

Δtz Länge des Zeitintervalles z des Marktzyklus Ze

N

Abgesetzte Menge (Me) bei konstantem Men-

genpreis Me

spp Spezifischer zeitunabhängiger Mengenpreis

€

Me

76

Produkt aus dem Stückpreis des Produktes und der Nachfrage entspricht der Umsatz-

rate.555 Das Produkt aus der nachgefragten bzw. abgesetzten Stückzahl und dem be-

trachteten Zeitraum ist die Verkaufsmenge. Sämtliche Variablen aus Formel (12) sind

von der Marktsituation abhängig. Entsprechend steht der Produktentwicklung keine

unabhängige und beeinflussbare Datenbasis zu dem Partialmodell zur Verfügung. Die

abgesetzte Stückzahl und die Länge des Marktzyklus aus Formel (12) sind sowohl von

der Produktart als auch von dem Käuferverhalten abhängig. Bei der Produktart hängt

die Länge des Marktzyklus davon ab, ob es sich um ein kurz- oder langlebiges Produkt

handelt. Das Käuferverhalten ist unter anderem vom Wertesystem der Zielgruppe und

dem Marketing abhängig.

Der Stückpreis ist der kritische Erfolgsfaktor eines Unternehmens.556 „Der Käufer oder

ein Wettbewerber diktieren den Preis.“557 Der Preis ist von dem im Unternehmen im-

plementierten Kostenmodell der Ökonosphäre unabhängig und wird durch die Kosten-

planung bestimmt.558 Den Ausgangspunkt der Produktentwicklung bildet der Zielpreis,

der „[…] unter Beachtung von Marktforschung, Konkurrenzanalysen und vorallem [!]

Kundenwünschen festgelegt“559 wird und für definierte Anforderungen an das Produkt

gilt (vgl. Bild 3-6).560 Er wird durch die Kalkulationsabteilung festgelegt.561 Der Zielpreis

wird als unbeeinflussbar angesehen.562

Bild 3-6: Das Partialmodell zur Festlegung von Zielkosten durch die Kostenplanung563

Er wird statisch festgelegt und ist unabhängig von der Entwicklung erzielbarer Preise

während des Marktzyklus.564 Dem Zielpreis gegenüber stehen die Zielkosten bzw. die

vom Markt erlaubten Kosten. „An diesen einmal festgelegten Zielkosten orientiert sich

555 I. d. R. wird bei Lebenszyklusbetrachtungen fälschlicher Weise der Umsatz auf der Ordinate aufgetragen, aber gleichzeitig abnehmende Umsatzverläufe der Teilphasen der Marktsättigung und der Marktdegeneration während des Marktzyklus angegeben. Daher wird in dieser Arbeit die Umsatzrate betrachtet, da sie und nicht der Umsatz in den genannten Teilphasen des Marktzyklus abnimmt. Der Umsatz entspricht dem Integral der evtl. zeitlich verän-derlichen Umsatzrate über den Lebenszyklus des Produktes bzw. der Summation nach Formel (12) bei linear an-genommener Stückpreis- und Nachfrageentwicklung während eines Zeitintervalles. 556 Gausemeier et al. 2001, S. 62 557 Mörtl 2012, S. 708, ein Markt wird als Käufermarkt bezeichnet, wenn die Preise durch die Kunden oder Wettbe-werber diktiert wird. Nach Mörtl 2012, S. 708 bewegen sich Unternehmen hauptsächlich in einem Käufermarkt. 558 Horváth et al. 1993, S. 3; Seidenschwarz 1993, S. 31ff.; VDI 2225 Blatt 1, S. 8f. 559 Horváth et al. 1993, S. 10 560 Horváth et al. 1993, S. 10 561 a. a. O. Fn. 387 562 Gaiser und Kieninger 1993, S. 64 563 Horváth et al. 1993, S. 12 564 Frank 1997, S. 279

Zielpreis - Zielgewinn =Vom Markt

erlaubte Kosten

Geschätzte

Produkt-

standardkosten

375Ge 75Ge 300Ge

350Ge

Wertgestaltung

Wertanalyse

Rationalisierung

50Ge

77

der gesamte weitere Verlauf der Produktentwicklung.“565 Sie ergeben sich aus der Dif-

ferenz zwischen Zielpreis und dem Zielgewinn.566 Die Zielkosten einzelner Teilfunktio-

nen werden durch eine Paretoanalyse auf die Zielkosten einzelner Bauteile runterge-

brochen.567 Die Produktentwicklung hat die Aufgabe, die Zielkosten für das Produkt zu

erreichen. Sie entsprechen dem Nominalgüterfluss, der zur Erstellung der Leistung

innerhalb der produktentwicklungsnahen Transformationssysteme nötig ist (vgl. Ab-

schnitt 3.2.2.1.1). Dazu werden die geschätzten Produktstandardkosten bzw. die

Selbstkosten als Referenz durch Methoden wie der Wertanalyse und der Wertgestal-

tung während der Produktentwicklung herabgesetzt.568 Sind die Kostensenkungs-

potenziale in der Produktentwicklung ausgeschöpft, werden weitere Maßnahmen wie

die Rationalisierung auf der Produktionsplanungs- und -durchführungsebene ergrif-

fen.569 Scheitern die Bemühungen wird das Produkt am Absatzmarkt nicht angeboten.

Für die weitere Arbeit werden die Annahmen, dass sowohl die Zielkosten als auch

sämtliche „klassischen“ Anforderungen wie die hochwertige Produktqualität und eine

termingerechte Verfügbarkeit des Produktes nach Abschnitt 2.1 erfüllt worden sind,

vorausgesetzt. Die ermittelten Anforderungen an das zu entwickelnde Produkt spie-

geln die Anforderungen des Kunden, des Nutzenden und des produktentwicklungsna-

hen Unternehmens wider. Die Produktentwicklung läuft „optimal“ ab und führt zu einem

am Markt termingerecht absetzbaren Produkt.

3.2.2.2 Das Partialmodell der Ökonosphäre des Kunden für Investitionsgüter

Aus Sicht des Kunden des zu entwickelnden Investitionsgutes entspricht der Absatz-

markt des produktentwicklungsnahen Unternehmens dem eigenen Beschaffungs-

markt (vgl. Bild 3-7). Das Investitionsgut wird als Operator in den leistungswirtschaftli-

chen Prozessen verwendet.

Bild 3-7: Das betriebswirtschaftliche Partialmodell des Kunden für Investitionsgüter

Für den Kunden des Investitionsgutes ergibt sich entsprechend eine andere Speziali-

sierung der monetären Ein- und Ausgänge nach Formel (6) als bei dem produktent-

wicklungsnahen Unternehmen. Wie bereits in Abschnitt 3.2.2.1.2 beschrieben, ist der

565 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 58 566 Horváth et al. 1993, S. 10ff. 567 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 82ff. 568 Horváth et al. 1993, S. 17; Horváth 1993, S. 230 569 Horváth et al. 1993, S. 16

RealgüterstromNominalgüterstrom

Kapitalmarkt

Beschaf-

fungs-

markt

Kunde für

Investitionsgüter

Leistungswirtschaft

FinanzwirtschaftAbsatz-

markt

78

Stückpreis und damit die Beschaffungskosten für das Investitionsgut durch die Kos-

tenplanung des produktentwicklungsnahen Unternehmens vorgegeben.570 Dieser

Sachverhalt gilt ebenfalls für die durch das Investitionsgut veredelten Materialien. Die

Datenbasis zur Abschätzung des Einflusses auf den nachhaltigen ökonomischen Zu-

stand des Kunden durch den Nutzungsprozess des Investitionsgutes bilden somit die

Kosten für die Inbetriebnahme, die Benutzung, die Wartung bzw. Reparaturen und die

Außerbetriebnahme (vgl. Bild 3-3). Der Einsatz des Investitionsgutes kann sowohl

einem produktentwicklungsnahen als auch einem -fernen Fabrikationsprozess ent-

sprechen.

Die Nutzungskosten werden über die bereits in Abschnitt 2.2.1.2 erwähnten Methoden

mit den entsprechenden Partialmodellen nach VDI 2884 bzw. dem VDMA-Einheits-

blatt 34160571 synthetisiert.572 Die dort beschriebenen Kostenmerkmale können je

nach Anspruchsgruppe nach dem Ausarbeiten als Grundlage für Angebote seitens des

produktentwicklungsnahen Unternehmens an den Kunden genutzt werden573 oder

dem Kunden als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl zwischen unterschiedlichen

Investitionsgütern dienen574. VDI 2884 erhebt zwar den Anspruch der „[…] Unterstüt-

zung einer wirtschaftlichen und kundenorientierten Planung und Entwicklung von Pro-

duktionsmitteln“575, gleichzeitig beschränkt sie sich auf die „Beschaffung von Produk-

tionsmitteln unter Anwendung von LCC[576]“577. Der ökonomisch nachhaltigere Zustand

eines Kunden von Investitionsgütern ist dann erreicht, wenn beim Vergleich zwischen

mehreren Investitionsgütern gleicher Rahmenbedingungen und Grunddaten578 die

Entscheidung auf das Investitionsgut mit dem höchsten Verhältnis zwischen dem Ziel-

gewinn durch die Materialveredelung und den Kosten des Nutzungsprozesses fällt.

Die Aufgabe der Produktentwicklung ist somit, die monetären Ausgänge des Kunden

eines Investitionsgutes in Form der Nutzungskosten zu senken. Die Kosten für die

Nutzung des zu entwickelnden Produktes sind von der Produktart abhängig.579 Sie

werden nach FELDHUSEN ET AL. für ein Jahr auf Grundlage von bestehenden Produkten

und Erfahrungen innerhalb des eignen Unternehmens antizipiert und auf die in den

Anforderungen definierte Nutzungszeit hochgerechnet.580 Ein Antizipieren der Nut-

zungskosten bzw. der sog. Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership-TCO)

570 Der Stückpreis aus Sicht des eignen Unternehmens kann sich durch Handelsspannen von Zwischenhändlern, Kosten für Transporte usw. von den Beschaffungskosten des Kunden unterscheiden. 571 Die Methode zur Ermittlung der Maschinenstundensätze nach Abschnitt 3.2.2.1.1 ist aufgrund der Willkür der Festlegung und der Datenbasis real existierender Buchführungssysteme für eine Synthese der Kostenmerkmale von zu entwickelnden Produkten nicht geeignet. 572 Die Partialmodelle sind bei VDI 2884, S. 12ff. bzw. VDMA 34160, S. 3ff. zu finden. 573 VDMA 34160, S. 5 574 VDMA 34160, S. 5; VDI 2884, S. 3 575 VDMA 34160, S. 3 576 Life-Cycle-Costing bzw. Lebenszykluskostenrechnung 577 VDI 2884, S. 6ff. 578 Analog zu der Ökobilanz schlägt VDMA 34160, S. 5 ein Synthetisieren der funktionalen Einheit über sog. Rah-menbedingungen wie Lastzyklen und Grunddaten wie Nutzungszeiträumen, Belegungszeiten, Produktionsleistun-gen oder Ausschussquoten als Vergleichsgrundlage von Investitionsgütern vor. 579 Ehrlenspiel und Merkmann 2013, S. 658f. 580 Feldhusen et al. 2013b, S 131ff.

79

kann in Zukunft ebenfalls über die in TCO-Verträgen angegebenen Anforderungen des

Kunden erfolgen.581

3.2.2.3 Das Partialmodell der Ökonosphäre des Kunden für Konsumgüter

Konsumgüter dienen ausschließlich der Befriedigung von Bedürfnissen in Privathaus-

halten.582 Bei Konsumgütern geben „[…] oft diffuse emotionale Gründe den Ausschlag

bei einer Kaufentscheidung.“583 Expressive Produktfunktionen sind wichtiger als die

utilitaristischen Funktionen des Produktes.584 Kaufentscheidungen werden seltener

aufgrund der Produkteigenschaften getroffen. Sie sind von Faktoren wie dem privaten

Umfeld oder der Bewertungen durch andere Kunden oder Verbraucherorganisationen

und dem Marketing abhängig. Im Gegensatz zu den Investitionsgütern ist der mone-

täre Eingang des Kunden von der privaten Nutzung von Konsumgütern unabhängig

(vgl. Bild 3-8).

Bild 3-8: Das betriebswirtschaftliche Partialmodell des Kunden für Konsumgüter

Die monetären Einnahmequellen von Privathaushalten sind Gehälter durch die Bereit-

stellung des Humankapitals für leistungswirtschaftliche Prozesse (vgl. Ab-

schnitte 2.2.1.3 und 3.1), staatliche Leistungen oder Einkünfte aus Privatvermögen.

Die monetären Ausgänge sind analog zu Investitionsgütern die Kosten für den Kauf,

die Inbetriebnahme, die Benutzung, die Wartung bzw. Reparaturen und die Außerbe-

triebnahme des zu entwickelnden Produktes (vgl. Bild 3-3). Der Kaufpreis wird durch

die Kostenplanung des jeweiligen Unternehmens des Beschaffungsmarktes vorgege-

ben (vgl. Abschnitt 3.2.2.1.2).

Die Nutzungskosten sind zum einen von der Produktart und den Unternehmensty-

pen585 abhängig. Bei Konsumgütern, die beispielsweise den Anbindungseffekt nutzen,

auch Lock-in-Effekt genannt,586 sind die Kosten für den Kauf geringer als die Folge-

kosten. Bei passiven Produkten ohne Energie- oder Materialumsatz587 überwiegen die

Kosten für den Kauf. Die Nutzungskosten sind zum anderen von dem Nutzerverhalten

581 Albrecht und Wetzel 2009, S. 82ff. beschreiben das Verfahren der TCO-Vertragserstellung. Zunächst sind TCO-Werte wie die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen, mittlere Ersatzteilkosten und mittlere Reparaturzeiten in den Verträgen erfasst worden. In Zukunft sollen auch Energiekosten berücksichtigt werden. 582 Herdzina und Seiter 2011, S. 4 583 Ehrlenspiel et al. 2013, S. 31. 584 Mittal 1988, S. 500 585 Petersen et al. 2015, S. 6ff. 586 Raff 2000, S. 24ff. 587 Birkhofer et al. 2012, S. 565


Einnahme-

quellenKunde für

Konsumgüter

Beschaf-

fungs-

markt Private Nutzung

Private

Finanzwirtschaft

80

abhängig und nicht uneingeschränkt antizipierbar (vgl. Abschnitt 3.1.4). Beispiels-

weise sind bis zu 25 % des Kraftstoffverbrauches eines Pkw durch die Fahrweise be-

dingt,588 ein gepflegtes und nachweislich gewartetes Fahrzeug hat zudem einen höhe-

ren Restwert und geringere Verbrauchswerte als vernachlässigte Fahrzeuge.589 Zu

welchen Diskrepanzen der Nutzungskosten eine Abweichung zwischen dem antizi-

pierten und dem realen Nutzerverhalten bei der Entwicklung von Konsumgütern führt,

zeigen einige Beispiele aus den Medien.590 In Verbindung mit dem EU-Energielabel

für Kühlschränke beispielsweise führt das Nutzerverhalten zu signifikanten Abwei-

chungen von dem antizipierten Energieumsatz und damit den Einsatzkosten.591 Eine

noch häufiger diskutierte Diskrepanz ist die Verbrauchsangabe bei Personenkraftwa-

gen über den antizipierten Fahrzyklus.592

3.2.2.4 Das Partialmodell der Ökosphäre des Beschaffungsmarktes

Die Unternehmen des Beschaffungsmarktes stehen in vielseitigen Wechselwirkungen

zu produktentwicklungsnahen Bearbeitungsprozessen. Ihr ökonomischer Erfolg als

Zulieferer von Betriebsstoffen, Fertigteilen oder Baugruppen ist von den Aufträgen des

produktentwicklungsnahen Unternehmens abhängig.593 Die Unternehmen des Be-

schaffungsmarktes können gleichzeitig Abnehmer des produktentwicklungsnahen

Transformationssysteme sein (vgl. Bild 3-9).

Bild 3-9: Das betriebswirtschaftliche Partialmodell des Zulieferers

Die Automobilhersteller zum Beispiel versteigern Neuschrotte der Bearbeitung an die

Stahlhersteller.594 Die Stahlhersteller verrechnen den Wert des Neuschrottes nach der

Rückführung als Gutschrift auf die Bestellungen.595 Somit hängt die Nachfrage des

Zulieferers direkt mit der Menge zurückgeführter Nebenerzeugnisse der produktent-

wicklungsnahen Transformationssysteme zusammen.596 Der Verkauf von absetzbaren

588 Verband der Automobilindustrie e. V. und Verband der Internationalen Kraftfahrzeughersteller e. V. 2012, S. 3 589 Verband der Automobilindustrie e. V. und Verband der Internationalen Kraftfahrzeughersteller e. V. 2012, S. 3; Bruner-Newton und Lenz 1981, S. 73ff. führen den Einfluss des Nutzerverhaltens auf den Kraftstoffverbrauch und damit die Einsatzkosten auf. 590 Es wird nicht näher auf die Rolle der Unternehmen und die vermeintliche Ausnutzung von unklar definierten Randbedingungen zur Ermittlung von Kennzahlen durch Normen und Richtlinien eingegangen. 591 Bohne 2014, S. 40 592 Schwarzer 2014, Kirchner 2007, S. 95f., ADAC 2014 und Dings 2013, S. 21ff. zeigen explizit Maßnahmen der Fahrzeugproduzenten bei der Ermittlung der Kennzahlen auf, die zu einer Abweichung des antizipierten und realen Nutzungsprozesses führen. 593 Trares 2008, S. 1ff. 594 Pilarsky 2014, S. 90 595 Hardt 2011, S. 158 596 Platts-McGraw Hill Financial 2011


Kapitalmarkt

Zulieferer

Leistungswirtschaft

FinanzwirtschaftAbsatz-

markt

Beschaf-

fungs-

markt

81

Nebenerzeugnissen der Bearbeitung führt zu weiteren Umsätzen des produktentwick-

lungsnahen Unternehmens,597 der bezüglich Formel (12) und der Unterscheidung von

Stoffen und Gegenständen nach Abschnitt 3.1 über einen Grundpreis und die abge-

setzten Menge berechnet wird. Die Rückvergütung erfolgt i. d. R. über einen niedrige-

ren Grundpreis im Vergleich zum fabrikneuen Material, was eine negative Wertschöp-

fung darstellt.598 Somit hat die Produktentwicklung über die unabhängigen Mate-

rial- und Gestalteigenschaften Einfluss auf die Ökonosphäre der Zulieferer. Das betrifft

nicht nur die Wahl der Materialart für das zu entwickelnde Produkt. Auch die anfallen-

den Nebenerzeugnisse der produktentwicklungsnahen Bearbeitungsprozesse neh-

men Einfluss auf den ökonomischen Erfolg der Zulieferer. Beispielsweise kann ein sta-

gnierendes Angebot von Nebenerzeugnissen am Beschaffungsmarkt des Zulieferers

zu Rationalisierungsmaßnahmen führen.599

3.2.2.5 Das Partialmodell der Ökonosphäre der Beseitigungswirtschaft

Die Wechselwirkungen zwischen den Anspruchsgruppen sämtlicher Transformations-

systeme des Produktlebenslaufes und der Beseitigungswirtschaft nimmt innerhalb der

ökonomischen Betrachtung aufgrund des Verursachungsprinzipes eine Sonderstel-

lung ein. Im Gegensatz zu den anderen Anspruchsgruppen bzw. Lebenslaufprozessen

sind bei der Beseitigungswirtschaft die Nominal- und Realgüterflüsse des Beschaf-

fungsmarktes gleichläufig (vgl. Bild 3-10). Sämtliche Stoffe des Produktlebenslaufes,

die keiner Verwendung oder Verwertung zugeführt werden, werden beseitigt.

Bild 3-10: Das betriebswirtschaftliche Partialmodell der Beseitigungswirtschaft am Beispiel Abfallverbren-nung

Kunden verrichten einen Nominalgüterfluss an die Beseitigungswirtschaft durch Ab-

fallgebühren. Gefährliche Abfälle oder Sonderabfall nach der Abfallverzeichnis-Ver-

ordnung (AVV)600 rufen höhere Kosten als „ungefährlicher“ Abfall hervor. Die leistungs-

wirtschaftlichen Prozesse entsprechen der Deponierung oder Verbrennung (vgl. Ab-

schnitt 3.1.5). Bei einer eventuellen Verbrennung wird thermische oder elektrische

Energie abgesetzt. Die Produktentwicklung hat über den Stofffluss zur Beseitigung

Einfluss auf die Ökonosphäre der Beseitigungswirtschaft. Eine Abfallvermeidung, bei-

597 Statistisches Bundesamt 2015b, S. 317 598 Burger 2012, S. 4 599 Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung e. V. 2009, S. 2; Burgmaier 2010 600 AVV 2015, S. 29ff.


Kapitalmarkt

Absatz-

markt für

Energie

Beseitigungs-

wirtschaft

Beschaf-

fungs-

markt Leistungswirtschaft

Finanzwirtschaft

82

spielsweise durch die Einführung des Pfandes für Einwegverpackungen und ihre Ver-

wertung (vgl. Abschnitt 3.2), hat ökonomische Wirkungen auf die Beseitigungswirt-

schaft, da beispielsweise Energieträger verloren gehen.

3.2.3 Das Partialmodell der Soziosphäre

Das Verständnis der Gesellschaft gibt aus Gründen der Konsistenz zwischen den Par-

tialmodellen der Nachhaltigkeitssphären untereinander und der Abgrenzung über ähn-

liche Sozialstrukturen (vgl. Abschnitt 2.2.1.3) das Verkürzungsmerkmal für die Be-

trachtungsgrenzen sämtlicher Transformationssysteme vor.601 Für diese Arbeit wird

die Systemgrenze ähnlicher Gesellschaften für Länder mit hohem oder sehr hohem

Index für menschliche Entwicklung (Human Development Index-HDI) des Entwick-

lungsprogramms der Vereinten Nationen nach MALIK gesetzt.602 Das Partialmodell des

HDI berücksichtigt die Lebenserwartung, die Bildung und das Einkommensniveau603

und wird in dieser Arbeit als Indikator für ähnliche Gesellschaften, die auch als Erste

Welt oder Industriestaaten bezeichnet werden können, herangezogen.

Wie bereits in Abschnitt 2.2.1.3 beschrieben, ist für die Erfassung des Einflusses der

Produktentwicklung auf die Soziosphäre über die Transformationssysteme aufgrund

des Standes der Technik der Pragmatismus anzuwenden. Über die „klassischen“ An-

forderungen an das zu entwickelnde Produkt werden aus Sicht der Produktentwicklung

bereits Teilaspekte der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit abgedeckt. Ein zu entwi-

ckelndes Produkt ist gesellschaftlich nachhaltiger, wenn die Transformationssysteme

im Vergleich zu einer Referenz bessere Indikatorwerte erreichen.604 Als Indikatorwert

hat sich auf sämtlichen Aggregationsebenen das Beschäftigungsniveau bzw. die für

die zweckdienliche Änderung des Operanden innerhalb des Transformationssystemes

personengebundene Leistung herauskristallisiert.605 Dabei steht der Zusammenhang

des Transformationssystemes mit den dafür nötigen personengebundenen Leistungen

bzw. dem dafür nötigen Humankapital durch die Wirkung auf das Sozialkapital im Vor-

dergrund. BERKMAN UND GLASS weisen darauf hin, dass die brückenbildende Meso-

ebene des Sozialkapitals die bindende Makroebene, welche einen Zugang zu dem

Humankapital ermöglicht, bedingt.606 THENEN ET AL. stellen in einer empirischen Unter-

suchung einen Zusammenhang zwischen der Arbeitslosenquote europäischer Ge-

bietseinheiten und dem Sozialkapital her.607 Als Datenbasis zur Berechnung des So-

601 Das bedeutet nicht, dass aufgrund unterschiedlicher normativer Sozialstrukturen eine Berücksichtigung von den vorhandenen Partialmodellen abweichender Sozialstrukturen nicht möglich ist. Die vorhandenen und in dieser Arbeit vorgestellten Indikatorsysteme der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit sind von den jeweiligen Gesellschaften, in denen sie erarbeitet worden sind, geprägt (Abschnitt 2.2.1.3). Für jede Gesellschaftsform gelten andere Indika-toren bzw. Gewichtungen zur Indizierung des gesellschaftlich nachhaltigen Zustandes. 602 Malik 2014, S. 160f. 603 Sen und Anand 1994, S. 7ff. 604 Schmidt et al. 2004, S. 82 605 Healy et al. 2001, S. 39 unterscheiden das Human- von dem Sozialkapital über Investitionen von Zeit und Mühe in soziale Interaktionen. Das Humankapital wird analog als eine Investition von Zeit und Mühe für die Durchführung von Fabrikationsprozessen verstanden. 606 Berkman und Glass 2000, S. 149 607 Thenen et al. 2006, S. 46

83

zialkapitales dienen auf Mikroebene das Vertrauen zu anderen Menschen und auf Ma-

kroebene die Mitgliedschaften in Vereinen.608 Es ist eine negative Korrelation zwischen

der Arbeitslosenquote und dem Sozialkapital festgestellt worden.609 Daher wird für

diese Arbeit, auch in Anlehnung an Abschnitt 2.2.1.3, vorausgesetzt, dass die gesell-

schaftliche Nachhaltigkeit eines Transformationssystemes von der personengebunde-

nen Leistung, die benötigt wird, abhängig ist. Aufgrund des sozialwissenschaftlichen

Forschungsstandes ist eine quantitative Synthese des Sozialkapitals auf Grundlage

der für die Transformationssysteme benötigten personengebundenen Leistung und

damit die Analyse der Wirkung auf die Soziosphäre durch Indikatoren nicht möglich.

ĆORIĆ ET AL. beschreiben zur Abschätzung des Indikatorwertes der Produktentwick-

lung auf die Soziosphäre ein mit der Ökobilanz konsistentes materialflussbasiertes

Partialmodell nach Formel (13)610 zur Berechnung von Beschäftigungszahlen eines

Wirtschaftszweiges oder eines Akteurs innerhalb des Produktlebenslaufes.611

Als Beispiel wird das alternative Verwenden von Metallverschnitt herangezogen (vgl.

Abschnitt 5). Im Folgenden wird konsistent zum Partialmodell der Technosphäre nach

Abschnitt 3.1 die Kategorisierung von Transformationssystemen nicht anhand von

Wirtschaftszweigen, Akteuren oder Anspruchsgruppen vorgenommen, sondern auf

Basis antizipierbarer Transformationssysteme. Die Modellbildung in der Prozessbe-

trachtung nach Abschnitt 2.1.1 wird je nach Zweck der Nachhaltigkeitsuntersuchung

entsprechend durch Systemgrenzen, Annahmen und Randbedingungen verkürzt. Da-

her ist die Modellierung von Transformationssystemen auf den Abstraktionsebenen

von Wirtschaftszweigen, einzelnen Akteuren, Prozessen oder Verfahren bzw. Opera-

toren möglich.

Der Massenumsatz aus Formel (13) entspricht der aus der Betriebswirtschaft bekann-

ten Kennzahl der Arbeitsproduktivität.612 Dabei ist die Arbeitsproduktivität von der

608 Thenen et al. 2006, S. 47 609 Thenen et al. 2006, S. 52 610 Formel (13) ist Becker et al. 2009, S. 27 entnommen. Sie ist in der Erstveröffentlichung fehlerhaft angegeben und durch Ćorić et al. 2015, S. 1516 korrigiert worden. Hier erfolgt eine Verkürzung um den Beschäftigungsindex Vij. Er erfasst nach Becker et al. 2009, S. 26 den Anteil der Beschäftigten einer Branche, eines Akteurs oder einer Wertschöpfungsstufe j, die ausschließlich ihre Arbeitsproduktivität dieser Wertschöpfungsstufe zur Verfügung stel-len. Bei der prozessualen Betrachtung nach Abschnitt 2.1.1 ist eine Allokation der Arbeitsproduktivität inkonsistent. 611 Ćorić et al. 2015, S. 1515ff. 612 REFA 1976b, S. 34

Mi,j Aj = ∑ Mi,j ∗1

kAi

n

i=1

(13) Aj

mit Aj

Anzahl der Anwendenden eines Transforma-

tionssystemes j -

Mi,j

Fluss eines Materiales i eines Transforma-

tionssystemes j

kg

Ze

kAi Umsatz des Materiales i des Anwendenden

kg

Ze

84

Technologie der eingesetzten Operatoren abhängig. Beispielsweise hat die Verdrän-

gung des Block- durch das Stranggießen eine Verringerung der Beschäftigten um ca.

50 % in dem Wirtschaftszweig der Halbzeugfertiger in den 1980-ern in den USA zur

Folge gehabt.613 Zur weiteren Spezialisierung der Arbeitsproduktivität wird die benö-

tigte Zeit mit Bezug zu der Mengeneinheit 1614 für die Transformation herangezo-

gen.615 Auf der Ebene von Operatoren werden nach VERBAND FÜR ARBEITSGESTALTUNG,

BETRIEBSORGANISATION UND UNTERNEHMENSENTWICKLUNG (ehemals Reichsausschuss

für Arbeitszeitregelung-REFA) und DIETRICH UND TSCHÄTSCHE durch Partialmodelle

personengebundene Leistungen durch eine Hauptzeitberechnung individualisiert.616

Die Individualisierung erfolgt durch Prozessparameter des Operators sowie dem Werk-

stück als Operanden, seinen fertigungstechnischen Eigenschaften617 und dem Unter-

schied zwischen den Eigenschaften des Operanden vor und nach der Transformation.

Der Stand des Wissens ermöglicht z. Z. keine Unterscheidung der Soziosphäre aus

der Sicht unterschiedlicher Anspruchsgruppen analog zu Abschnitt 3.2.2. Unterschie-

den wird zwischen der Arbeitsproduktivität für einen Fabrikationsprozess oder für die

private Nutzung eines Konsumgutes (vgl. Abschnitt 2.2.1.3). Nach THENEN ET AL. führt

eine hohe Beschäftigungsquote und damit eine geringere Arbeitsproduktivität zu

einem höheren Sozialkapital.618 Nach der Annahme aus Abschnitt 2.2.1.3 führt eine

hohe Arbeitsproduktivität und damit eine geringere zeitliche Aufwendung des Anwen-

denden während der Nutzung von Konsumgütern ebenfalls zu einer Steigerung des

Sozialkapitales. Beide Sachverhalte widersprechen sich hinsichtlich des Einflusses

personengebundener Leistungen auf den gesellschaftlich nachhaltigen Zustand.

613 Brock und Norwood 1985, S. 21f. 614 Bei Mengen kann es sich um Stückzahlen von Gegenständen handeln oder um Gewicht bei Stoffen. 615 Dieses Partialmodell ist ursprünglich durch VDI 2225 Blatt 1, S. 22f. nach REFA 1973, S. n. a. für die Ermittlung von Fertigungslohnkosten als Multiplikation des Stundenlohnes und der benötigten Zeit verwendet worden. 616 Dietrich und Tschätsch 2014, S. 73ff.; REFA 1992, S. 267ff. 617 Die fertigungstechnischen Eigenschaften eines Gegenstandes werden in dieser Arbeit mit den technologischen Eigenschaften Umformbarkeit, Zerspanbarkeit, Fügbarkeit, Lackierbarkeit und Schweißeignung nach Läpple 2010, S. 16, Ignatowitz 2011, S. 12 bzw. Conrad 2013, S. 548 f gleichgesetzt. 618 Thenen et al. 2006, S. 52

85

4 Die Methodik der Nachhaltigkeitsbilanz

Die Möglichkeit, Nachhaltigkeitsindikatorwerte über antizipierte Transformationssys-

teme zu synthetisieren, ist von den jeweiligen Produktmodellen und dem informatori-

schen Abstand abhängig. Im Teilprozess Klären der Aufgabenstellung erfolgt kein Anti-

zipieren der Folgen festgelegter Anforderungen hinsichtlich der Nachhaltigkeitskrite-

rien, auch wenn Anforderungen bezüglich derselben festgelegt werden.619 Sie werden

ohne eine Analyse ihrer Wirkung, einschließlich der Kompensationseffekte, auf die

Nachhaltigkeitssphären festgelegt (vgl. Abschnitt 2.1 und 2.2.2). Erst während des

Konzipierens werden durch die Synthese von geeigneten Wirkstrukturen Material- und

Energieflüsse in der Technosphäre beeinflusst. Der physikalische Effekt legt erste

Rahmenbedingungen für energetische Wirkungsgrade eines zu entwickelnden Pro-

duktes während des Einsatzes fest (vgl. Abschnitt 2.1.3). Die Materialeigenschaften

und die Geometrie stehen hingegen mit der Rohstoffgewinnung und den verarbeiten-

den und bearbeitenden Transformationssystemen in Verbindung. Im Entwerfen wer-

den Konzepte vollständig zu einem Entwurf synthetisiert, sämtliche mit dem Produkt

und seinem Lebenslauf über Material- und Energieflüsse in Verbindung stehende

Transformationssysteme sind antizipierbar.

Im Folgenden wird das Vorgehen zur Nachhaltigkeitsbilanz von zu entwickelnden Pro-

dukten erläutert. Das Vorgehen ist an die Partialmodelle der Entwicklung nachhaltiger

Produkte nach Abschnitt 3 angepasst und kann ab dem Konzipieren mit bereits vor-

handenen prinzipiellen Lösungen in jedem Arbeitsschritt der Produktentwicklung an-

gewendet werden. Das Vorgehen umfasst folgende Arbeitsschritte und bildet die

Schnittmenge der Vorgehen nach der Ökobilanz620, dem MIPS621 und dem kumulierten

Energieaufwand622:

1. Definition des Zieles und des Untersuchungsrahmens

2. Antizipieren der Transformationssysteme

3. Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte

4. Analyse

Arbeitsschritt 2. repräsentiert die Sachbilanz als Teilprozess der Ökobilanz. Sie erfasst

die antizipierte Technosphäre und die ökologischen, ökonomischen und gesellschaft-

lichen Flüsse wie Nominalgüter, Realgüter, personengebundene Leistungen, Energie

usw. innerhalb der Technosphäre. Teilprozess 3. entspricht der Berechnung des Wir-

kungsindikatorwertes der Ökobilanz. Teilprozess 4. beinhaltet zum einen die Wir-

kungsabschätzung der Ökobilanz. Die strikte Trennung der Synthese der Nachhaltig-

keitsindikatorwerte von der Analyse ist in dem Stand des Wissens begründet, da die

Wirkung von Transformationssystemen auf die Soziosphäre wissenschaftlich nicht

619 Nach Abschnitt 2.2.2 erlaubt das Individualmodell des zu entwickelnden Produktes in Form der Anforderungen

im Teilprozess Klären der Aufgabenstellung kein Antizipieren deren Wirkung auf die Nachhaltigkeit, insbesondere

unter Berücksichtigung des Kompensationseffektes. 620 DIN EN ISO 14040, S. 22ff. 621 Ritthoff et al. 2002, S. 17ff. 622 VDI 4600, S. 15ff.

86

durchdrungen ist. Zum anderen wird im Teilprozess 4., analog zur Ökobilanz, die Aus-

wertung durchgeführt. Sie ist der

„Bestandteil der Ökobilanz, bei dem die Ergebnisse der Sachbilanz oder der

Wirkungsabschätzung oder beide bezüglich des festgelegten Ziels und Unter-

suchungsrahmens beurteilt werden, um Schlussfolgerungen abzuleiten und

Empfehlungen zu geben.“623

Somit ist eine Analyse der Nachhaltigkeit des zu entwickelnden Produktes sowohl auf

Basis der Nachhaltigkeitsindikatorwerte als auch auf Basis der Nachhaltigkeitsindika-

toren möglich. Im Folgenden wird näher auf die Arbeitsschritte eingegangen.

4.1 Definition des Zieles und des Untersuchungsrahmens

Der Aufwand der Nachhaltigkeitsbilanz ist von den festgelegten Zielen und Rahmen-

bedingungen abhängig. Das Ziel einer Nachhaltigkeitsbilanzierung während der Teil-

prozesse der Produktentwicklung ist die Bewertung alternativer Konzeptvarianten bzw.

von Alternativentwürfen für Baugruppen oder Bauteile.624 Die Zielgruppe stellt die an

der Produktentwicklung beteiligten Personen dar. Der Untersuchungsrahmen wird

durch den Stand der Produktentwicklung bzw. den Konkretisierungsgrad des zu ent-

wickelnden Produktes festgelegt. Sowohl bei der Betrachtung von Konzeptvarianten

gleicher Funktionsstrukturen als auch beim Vergleich unterschiedlicher Entwürfe für

Bauteile bzw. Baugruppen ist eine funktionale bzw. prozessuale625 Äquivalenz gege-

ben. Der Stand der Produktentwicklung legt über die Produktmodelle die verfügbare

Datenbasis und damit die Betrachtungs- bzw. Systemgrenzen, Annahmen, Ab-

schneidekriterien626 und Einschränkungen fest. Aus Gründen der Konsistenz werden

Betrachtungs- bzw. Systemgrenzen ebenfalls durch die Partialmodelle der Nachhaltig-

keitssphären vorgegeben. Die Produktmodelle des Konzipierens verkürzen durch die

funktionale und prinzipielle Betrachtung den Produktlebenslauf auf den Einsatz (vgl.

Abschnitt 2.1.3). Eine Bewertung der Nachhaltigkeit der Fabrikationsprozesse erfolgt

über die Materialflüsse, die durch die Realisierung der unabhängigen Eigenschaften

der Wirkelemente bzw. -strukturen entstehen. Informationen über die Transformations-

systeme des Werkstoffs zu den Fertigteilen bzw. entsprechenden Baugruppe liegen

623 DIN EN ISO 14044, S. 8 624 Nach Pahl et al. 2005, S. 487 sind Bewertungsmodelle sowohl im Teilprozess des Konzipierens als auch des Entwerfens anwendbar. Sie unterscheiden sich durch die zu verwendende Datenbasis. 625 Die funktionelle Einheit der Ökobilanz als Beschreibung einer Betrachtungseinheit übertragen auf die Wirkung von Produkten auf die Nachhaltigkeit ist nicht nur sprachlich irreführend (vgl. Fn. 481). Transformationssysteme und nicht Funktionen rufen eine Wirkung auf die Sphären der Nachhaltigkeit hervor. Nach VDI 2221, S. 40 ist eine Funktion eine lösungsneutrale Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Ein- und Ausgangsgrößen“. Eine Funktion kann durch die allgemeinen Funktionen nach Abschnitt 2.1.3 modelliert werden. Ein Prozess erfüllt somit keine Funktion. DIN EN ISO 14040, S. 24 gibt die funktionale Einheit eines Händetrockners über die Anzahl ge-trockneter Handpaare an, was einem Ausgangszustand des Prozesses des Händetrocknens entspricht. Die For-mulierung einer funktionalen Einheit bei der Ökobilanz zu Stahlprodukten „[…] Bereitstellung von 1000 kg warm-gewalztem Stahl über 6 Lebenszyklen […]“ nach Neugebauer und Finkbeiner 2012, S. 4 formuliert ebenfalls keine Funktion sondern den Ausgangszustand nach sechs Lebenszyklen. In Anlehnung an die Definition des Transfor-mationssystemes nach Abschnitt 2.1.1 wird anstelle der funktionellen bzw. funktionalen in dieser Arbeit die zweck-erfüllende oder prozessuale Einheit verwendet. 626 DIN EN ISO 14040, S. 10

87

zu dem Zeitpunkt noch nicht vor. Durch das dem Wirkelement zugrunde liegende phy-

sikalische Prinzip sind ausschließlich Aussagen zum Einsatz möglich (vgl. Ab-

schnitt 2.1.3). Aufgrund der Abstraktionsebene und des Informationsstandes ist eine

Aussage über die Nachhaltigkeit nur über Teile des Produktlebenslaufes möglich.

Durch die sukzessive Konkretisierung der individualisierten Produktmodelle wird wäh-

rend des Entwerfens die Datenbasis breiter und damit auch die Komplexität und der

Umfang der nutzbaren Partialmodelle durch geringere Verkürzungen höher (vgl. Ab-

schnitte 2.1.3 und 3.2).

4.2 Antizipieren der Transformationssysteme

Das Antizipieren der Transformationssysteme ist die Vorarbeit zur Durchführung der

Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte. Die Modellierung erfolgt über die in Ab-

schnitt 2.1.1 vorgestellten und in Abschnitten 3.1 und 4.5 abermals aufgegriffenen

Abstraktionsebenen des Prozessmodelles nach HEIDEMANN. Es werden Transforma-

tionssysteme bestehend aus Einzelprozessen oder Prozessketten modelliert. Sie stel-

len sämtliche dem zu entwickelnden Produkt zuzuschreibende Transformationssys-

teme innerhalb der Technosphäre dar. Als Grundlage dient das in Abschnitt 3.1 vor-

gestellte Partialmodell der Technosphäre. Die Abstraktionsebene der Transforma-

tionssysteme der Rohstoffgewinnung, der Verarbeitung und Bearbeitung sowie der

Nutzung und der Beseitigung hängt von dem Stand bzw. der Konkretisierungsebene

der Produktentwicklung und von der Informationsverfügbarkeit entsprechend dem Di-

lemma der Produktentwicklung sowie dem informatorischen Abstand ab. Die Grenzen

der Nachhaltigkeitsbilanzierung anhand der Produktkonkretisierung sind nicht fest.

Beispielsweise steht bei manchen Entwicklungsaufgaben die Eigenfertigung bereits

durch die im Unternehmen vorhandenen Betriebsmittel fest. Dies ist besonders bei

Betriebsmitteln mit hohem Investitionsaufwand der Fall.

Das Ergebnis des Teilprozesses sind die spezifischen Material-, Energie- und Neben-

flüsse, die durch den jeweiligen Konkretisierungsgrad des zu entwickelnden Produktes

vorgegeben und durch das jeweilige Transformationssystem transformiert bzw. bereit-

gestellt werden. Spezifisch bedeutet in diesem Fall, dass sämtliche Eingänge oder

Ausgänge von Flüssen auf den Eingangs- oder Ausgangsfluss des Materials, welches

Teil des Produktes wird, bezogen werden. Dadurch wird eine Wiederverwendbarkeit

bereits individualisierter Transformationssysteme und folglich eine Operationalisier-

barkeit sichergestellt. Die Flüsse entsprechen beispielsweise den Mengen an Materia-

lien bzw. Energien eines Transformationssystemes nach Formel (5), der Menge an

Materialien, die Materialeinzelkosten hervorrufen bzw. Arbeitsleistung zur wirtschaftli-

chen Leistungserstellung benötigen. Sie repräsentieren die Materialien und Energien

innerhalb der Technosphäre, die nach Bild 3-4 monetäre Ein- und Ausgänge hervor-

rufen und personengebundene Leistungen bedingen.

Die zu verwendende Datenbasis zum Antizipieren der Material-, Energie- und Neben-

flüsse einzelner Transformationssysteme der Technosphäre ist von dem jeweiligen

88

Ziel und dem Untersuchungsrahmen abhängig. Beispielsweise können neben Recher-

chen oder bestehenden Datenbasen auch öffentlich zugängliche Datenbanken wie die

Prozessorientierten Basisdaten für Umweltmanagementsysteme (ProBas) nach UM-

WELTBUNDESAMT627, der ÖKOBAUDAT nach BUNDESMINISTERIUM FÜR UMWELT, NATUR-

SCHUTZ, BAU UND REAKTORSICHERHEIT (BMUB) oder Softwaretools wie SimaPro genutzt

werden. Hier werden sämtliche relevanten Material-, Energie- und Nebenflüsse von

Transformationssystemen ökobilanzkonform erfasst und quantifiziert.

4.3 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte

Das Ziel dieses Teilprozesses der Nachhaltigkeitsbilanzierung ist die Bereitstellung der

Nachhaltigkeitsindikatorwerte zur Analyse der Wirkung der Beeinflussung der Trans-

formationssysteme durch die Produktentwicklung auf die Sphären der Nachhaltigkeit.

Die Nachhaltigkeitsindikatorwerte werden analog zu den Wirkungsindikatorwerten der

Ökobilanz nach Formel (1) über die antizipierten Transformationssysteme mit entspre-

chenden Partialmodellen zur Charakterisierung628 nach Formel (14) individualisiert.

Die Wirkung der Transformationssysteme auf die Nachhaltigkeit wird nach Ab-

schnitt 3.2 durch die Material- bzw. Energieeingänge, die Wirkungsindikatorwerte für

die Ökosphäre, die monetären Ein- und Ausgänge der Ökonosphäre und die nötige

personengebundene Leistung und die Versorgungsleistung als Indikatorwerte für die

Soziosphäre ermittelt. Welche Partialmodelle zur Individualisierung der Charakterisie-

rungsfaktoren herangezogen werden, hängt sowohl von der Abstraktionsebene des

Transformationssystemes und dem betrachteten Transformationssystem der Techno-

sphäre als auch von den verfügbaren Informationen ab. Zur Synthese bzw. Individua-

lisierung der ökologischen Nachhaltigkeitsindikatorwerte aus den antizipierten Mate-

rial-, Energie- und Nebenflüssen wird im Folgenden auf die Material-Intensitäten nach

WUPPERTAL INSTITUT FÜR KLIMA, UMWELT, ENERGIE629 zurückgegriffen. Für die produkt-

entwicklungsnahen Bearbeitungsprozesse stellt die Finanzwirtschaft (vgl. Kapi-

tel 3.2.2.1) bzw. die Personaleinsatzplanung630 des produktentwicklungsnahen Unter-

627 Umweltbundesamt 2015 628 analog zu DIN EN ISO 14044, S. 34ff. 629 Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie 2014, S. 1ff. 630 Zu dem Aufgabenbereich der Personaleinsatzplanung siehe Domsch 1980, S. 117ff., synonym wird nach Feld-mann 2006, S. 14 der Begriff Workforce Management verwendet.

aMEfi,j Nwj,s = aMEi,j ∗ Ci,s (14) Nwj,s

mit Nwj,s

Nachhaltigkeitsindikatorwert eines Transformations-

systemes j zur Nachhaltigkeitssphäre s

aMEi,j

Antizipierte Menge eines Materials, einer Strecke oder

Energie i des Transformationssystemes j

Ci,s

Charakterisierungsfaktor eines Materials, einer Stre-

cke oder einer Energie i zur Nachhaltigkeitssphäre s

89

nehmens die Datenbasis für die Individualisierung der ökonomischen bzw. gesell-

schaftlichen Nachhaltigkeitsindikatorwerte zur Verfügung. Für produktentwicklungs-

ferne Transformationssysteme können nach BECKER ET AL. für die Synthese bzw. Indi-

vidualisierung der ökonomischen und gesellschaftlichen Nachhaltigkeitsindikatorwerte

Strukturerhebungen631 unterschiedlicher Wirtschaftsbereiche nach STATISTISCHES

BUNDESAMT verwendet werden.632 Um die Modellhaftigkeit bzw. den Modellcharakter

der Darstellung der Methodik zur Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte sicher zu

stellen, wird auf die Individualisierung der Partialmodelle in diesem Kapitel verzich-

tet.633

4.3.1 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte aus der Fabrikation

Prinzipiell unterscheiden sich die produktentwicklungsnahen im Vergleich zu den pro-

duktentwicklungsfernen Transformationssysteme durch die frühere Informationsver-

fügbarkeit auf der Ebene der Operanden. Unabhängig davon wird konsistent zu dem

Vorgehen der Ökobilanz die Datenbasis zur Synthese der Nachhaltigkeitsindikator-

werte über die Materialflüsse innerhalb der Technosphäre synthetisiert. Analog zur

Ökobilanz werden entsprechend Formel (14) Flüsse von Material und Energie über

Charakterisierungsfaktoren zu Nachhaltigkeitsindikatorwerten individualisiert.

4.3.1.1 Synthese der ökologischen Indikatorwerte aus der Fabrikation

Die Wahl des geeigneten Partialmodelles zur Synthese der ökologischen Wirkungsin-

dikatorwerte hängt vom Stand der Produktentwicklung ab. Eine eingehende Analyse

unterschiedlicher Bilanzierungsmethoden der Ökosphäre ist u. a. bei STAHL634 und

SCHENK ET AL.635 zu finden. Nach Abschnitt 3.2.1 ist die Anwendung der Ökobilanz als

produktentwicklungsbegleitendes Vorgehen nicht geeignet. Zur Synthese der Wir-

kungsindikatorwerte stehen der Produktentwicklung neben der Ökobilanz die verein-

fachten ökologischen Bewertungsmethoden zur Verfügung. Der Eco-indicator 99 ist

durch die methodenseitigen Partialmodelle zur direkten Synthese der Wirkungsindika-

toren ohne vorherige Synthese der Wirkungsindikatorwerte inkonsistent mit dem in

Abschnitt 4 beschriebenen Vorgehen der Nachhaltigkeitsbilanzierung. Das Individua-

lisieren der Indikatorwerte einzelner Transformationssysteme oder Materialflüsse ba-

siert auf dem Vorgehen der Ökobilanz mit anschließender Bewertung und Gewichtung

der Ergebnisse zur Aggregation zu einem Wert über sog. Eco-Indikatoren als Charak-

terisierungsfaktoren.636 Die Aggregation unterschiedlicher Wirkungskategorien durch

die Gewichtung und Normierung zu einem Wirkungsindikator ist bereits ein Teilschritt

der Analyse und abhängig von dem festgelegten Ziel und dem Untersuchungsrahmen.

631 Statistisches Bundesamt 2015h 632 Becker et al. 2009, S. 18ff. 633 Die Individualisierung der Partialmodelle ist von dem jeweiligen Problem und der zur Verfügung stehenden Datenbasis abhängig. Eine Individualisierung, wie sie in Abschnitt 5 stattfinden wird, ist nicht für jede Problemstel-lung anwendbar. 634 Stahl 1998, S. 30ff. 635 Schenk et al. 2014, S. 595 nach Frischknecht 2009, S. 88 636 Goedkoop und Spriensma 2001, S. 2ff. nach Goedkoop 1995, S. 63ff.

90

Die Methodik Kumulierter Energieaufwand mit den hinterlegten Partialmodellen be-

trachtet Aspekte des Primärenergieverbrauches zur Analyse von Energieeinspar-

potenzialen.637 Eine ökologische Betrachtung auf Basis einer reinen energetischen

Analyse wird dem Grundgedanken einer äquivalenten Berücksichtigung der drei Di-

mensionen der Nachhaltigkeit nicht gerecht. Sicherlich sind ökologische Einsparungen

durch die Energieverbrauchsoptimierung möglich. Ökonomisch betrachtet sind bei den

z. Z. geltenden Energiekostenanteilen unter 10 % (vgl. Abschnitt 3.2.2.1) durch Ener-

gieeinsparungen ökonomische Optimierungsmöglichkeiten nicht im selben Maße im

Vergleich zu den ökologischen Potenzialen gegeben. Zudem sind von der ökonomi-

schen Seite Materialeinsparungen bei Materialkostenanteilen über 60 % im ver- und

bearbeitenden Gewerbe wirksamer.638

Für die frühen Teilprozesse der Produktentwicklung wird nach Abschnitt 2.1.3 der

MIPS zur Synthese der Wirkungsindikatorwerte nach Formel (5) vorgeschlagen und

für diese Arbeit als Methode einer durchgehenden und entwicklungsbegleitenden Syn-

these der ökologischen Nachhaltigkeitsindikatorwerte herangezogen. Eine durchgän-

gige Synthese auf Basis einer Methode für unterschiedliche Konkretisierungsstufen

des zu entwickelnden Produktes garantiert keine ökologische Richtungssicherheit auf-

grund des Dilemmas der Produktentwicklung (vgl. Abschnitt 1). Es kann nicht gewähr-

leistet werden, dass die Rangliste nach Wirkungsindikatorwerten zweier Konzepte

nach der Konkretisierung zu zwei Entwürfen gleich bleibt. LANG-KOETZ ET AL. merken

an, dass trotz der steigenden Konkretisierung das Einhalten von Anforderungen die

Richtungssicherheit gewährleistet.639 Die steigende Konkretisierung führt zu einer de-

taillierteren Antizipierbarkeit der Transformationssysteme. Die Einhaltung von Anfor-

derungen gewährleistet jedoch keine Richtungssicherheit im Sinne eines möglichen

höheren synthetisierten Wirkungsindikatorwertes durch das Detaillieren des Transfor-

mationssystemes von der Verfahrens- auf die Operatoren-Ebene beispielsweise.

637 VDI 4600, S. 3 638 Arthur D. Little GmbH et al. 2005, S. 22 beziehen diese Aussage auf die Beschäftigungszahlen. 639 Lang-Koetz et al. 2006, S. 418ff.

91

Die den Transformationssystemen zugewiesenen Materialien, Energien oder Strecken

werden über Formel (15) zu der Materialintensität als ökologische Nachhaltigkeitsindi-

katorwerte einzelner Konkretisierungsebenen individualisiert.640

Die Material-Intensität entspricht dem Charakterisierungsfaktor nach Formel (14).

Über die Summation der Transformationssysteme wird der gesamte Material-Input des

zu entwickelnden Produktes auf der bestehenden Konkretisierungsebene individuali-

siert. Eine Normierung über die Serviceeinheit nach Formel (6) ist bei dem Vergleich

von Varianten selber Konkretisierungsebene nicht erforderlich. Bei dem Vergleich

unterschiedlicher Wirkprinzipien oder Entwürfe für Bauteile bzw. Baugruppen unterei-

nander ist eine äquivalente Serviceeinheit bzw. prozessuale Einheit vorausgesetzt

(vgl. Abschnitt 4.2). Die Menge und Art des Materiales, die für die jeweilige Variante

des zu entwickelnden Produktes antizipiert wird, legt die prozessualen Einheiten des

jeweiligen Transformationssystemes fest. Die Variation von Materialien zur Konkreti-

sierung eines physikalischen Effektes beispielsweise hat eine Variation der prozes-

sualen Einheit der Fabrikationsprozesse bei gleichbleibenden prozessualen Einheiten

für den Einsatz zur Folge. Beispielsweise wird zur Bereitstellung der Energie zur Er-

zeugung eines Blitzlichtes ein Kondensator basierend auf dem physikalischen Effekt

der Kapazität641 verwendet. Die gleiche Kapazität als Funktion der relativen Permittivi-

tät des Dielektrikums und dem Verhältnis aus Plattenfläche und Plattenabstand kann

über mehrere Variationen dieser Merkmale erreicht werden. Bei gleicher prozessualer

Einheit für den Einsatz des zu entwickelnden Blitzes ändern sich durch Variation des

Stoffes des Dielektrikums die prozessualen Einheiten der Fabrikationsprozesse zur

Be- bzw. Verarbeitung des Kondensators bzw. seiner Werkstoffe.

Das Ergebnis dieses Arbeitsschrittes sind die Wirkungsindikatorwerte in Form der MIt-

Kategorien entsprechend der Konkretisierungsebene des zu entwickelnden Produk-

640 Den Teilprozessen der Produktentwicklung ist keine eindeutige Zuweisung der Antizipierbarkeit von Transfor-mationssystemen auf den Abstraktionsebenen Prozess (j≙p), Verfahren (j≙v) und Operand (j≙o) des Prozessmo-

delles möglich. Die Konkretisierungsebenen des zu entwickelnden Produktes können Wirkstrukturen, Konzepte, Entwürfe oder reale Bauteile sein. 641 Koller und Kastrup 1994, S. 355

Mi,j,ke MIj,k,ke = ∑ Mi,j,ke ∗ MIti,k(Mi,j,ke)

n

f=1

(15) MIj,k,ke

mit Mi,j,ke

Menge des an Material, Energie und der Strecke i

eines Transformationssystemes j der Konkretisie-

rungsebene ke

kg, J, m

MIj,k,ke

Material-Input wegen des Transformationssystemes j

in MIt-Kategorien k der Konkretisierungsebene ke kg

MIti,k

Material-Intensität eines Materials, einer Energie oder

einer Strecke i zur MIt-Kategorie k

kg

kg,kg

J,kg

m

92

tes. Sie können je nach Zweck der Untersuchung zu einer Matrix eines Transforma-

tionssystemes nach Formel (5) summiert oder zusätzlich weiter über sämtliche Trans-

formationssysteme aggregiert werden.

4.3.1.2 Synthese der ökonomischen Indikatorwerte aus der Fabrikation

Aufgrund des materialflussbasierten Vorgehens der Nachhaltigkeitsbilanzierung die-

nen die Materialflüsse als Grundlage der Synthese der ökonomischen Indikatorwerte

der Fabrikationsprozesse. Je nach Informationsverfügbarkeit und Konkretisierung des

zu entwickelnden Produktes werden Prozesse, Verfahren bzw. Operanden oder Ope-

ratoren betrachtet. Formeln (16) bis (19) stellen die Partialmodelle zur Verfügung.

642 Die restlichen Kosten berücksichtigen nach Fn. 526 u. a. auch fixe Kosten. Durch die Vorgabe des Partialmo-delles der Nachhaltigkeitsindikatorwerte nach Formel (14) wird der Charakterisierungsfaktor der restlichen Kosten variabel. Sie entsprechen den Zuschlagssätzen nach Abschnitt 3.2.2.1.1.

Mi,ke

Mkj,ke = ∑ Mi,ke ∗ mki,j

n

i=1

(16) Mkj,ke

Bkj,ke = ∑ Mi,ke ∗ bki,j

n

i=1

(17) Bkj,ke

Enkj,ke = ∑ Mi,ke ∗ enki,j

n

i=1

(18) Enkj,ke

Rkj,ke = ∑ Mi,ke ∗ rki,j

n

i=1

(19) Rkj,ke

mit Mi,ke

Menge des Flusses an Material i der Konkretisierungs-

ebene ke kg

Mkj,ke

Kosten des Flusses an Material des Transformationssys-

temes j der Konkretisierungsebene ke €

mki,j

Spezifische Kosten des Materials i eines Transforma-

tionssystemes j

€

kg

Bkj,ke

Beschäftigungskosten aus Transformationssystem j für

die Konkretisierungsebene ke €

bki,j

Spezifische Beschäftigungskosten zur Transformation

des Materials i eines Transformationssystemes j

€

kg

Enkj,ke

Energiekosten aus Transformationssystem j der Konkre-

tisierungsebene ke €

enki,j

Spezifische Energiekosten zur Transformation des Mate-

rials i eines Transformationssystemes j

€

kg

Rkj,ke

Restliche Kosten aus Transformationssystem j der Kon-

kretisierungsebene ke €

rki,j

Spezifische restliche Kosten zur Transformation des Ma-

terials i 642 eines Transformationssystemes j

€

kg

93

Sie dienen der Synthese der Indikatorwerte des monetären Einganges nach Formel (6)

für die Ökonosphäre aus Sicht der Fabrikationsprozesse. Die Menge des Materials

entspricht dem Produkt aus Dichte als intensive Eigenschaft und dem Volumen als

Datenbasis zur Konkretisierung des jeweiligen physikalischen Effektes zum Wirkprin-

zip bzw. weiter zur Gestalt. Die spezifischen Kosten entsprechen den Charakterisie-

rungsfaktoren nach Formel (14). Die auf die Transformationsmenge bezogenen spe-

zifischen Kosten für Material, Beschäftigung, Energie und die restlichen Kosten wer-

den entsprechend dem Partialmodell der Abstraktionsebene des Transformationssys-

temes und den verfügbaren Informationen individualisiert.643 Beispielsweise hängt die

Synthese der ökonomischen Indikatorwerte auf Operatorenebene von dem im jeweili-

gen Unternehmen verwendeten Kostenmodell ab und wird entsprechend nicht durch

Zuhilfenahme von externen Informationen durchgeführt. Analog zu den ökologischen

Nachhaltigkeitsindikatorwerten aus Abschnitt 4.3.1.1 erfolgt die Individualisierung der

ökonomischen Nachhaltigkeitsindikatorwerte durch die Summation über die Materia-

lien, Energien bzw. Strecken. Die umsatzseitige Individualisierung für das zu entwi-

ckelnde Produkt erfolgt konsistent zu Formel (16) über Formel (12).

Das Ergebnis dieses Arbeitsschrittes bilden die ökonomischen Indikatorwerte der Kos-

tenseite als negative Nominalgüterflüsse und der Umsatzseite als positive Nominalgü-

terflüsse konsistent zur Lebenszykluskostenrechnung für die Partialmodelle der Öko-

nosphäre des produktentwicklungsnahen Unternehmens nach Abschnitt 3.2.2.1.1, der

Ökonosphäre des Kunden von Investitionsgütern anhand der Bilanzierung von Opera-

toren nach Abschnitt 3.2.2.2 und der Ökonosphäre des Beschaffungsmarktes und der

Beseitigungswirtschaft der Abschnitte 3.2.2.4 und 3.2.2.5.

4.3.1.3 Synthese der gesellschaftlichen Indikatorwerte aus der Fabrikation

Nach ARTHUR D. LITTLE GMBH liegt auf Grund der höheren öffentlichen Wirksamkeit

von Entlassungen im Vergleich zu Kosteneinsparungen durch Materialeinsparungen

„die Aufmerksamkeit in Wirtschaft und Wirtschaftspolitik […] traditionell bei der

Senkung der Produktionskosten ganz überwiegend bei der Erhöhung der Ar-

beits- bzw. Personalproduktivität. Vielfach liegen aber die materialbedingten

Vorleistungskosten […] angesichts der heute arbeitsteiligen Produktionsweise

höher als die Personalkosten der Betriebe […].“644

Aufgrund dieses Zitates und des Forschungsstandes der Soziologie werden für diese

Arbeit ausschließlich die Anzahl der Beschäftigten, die für die Durchführung von Fa-

brikationsprozessen innerhalb der gesamten Technosphäre benötigt werden, als Indi-

643 Je nach betrachtetem Transformationsprozess können die spezifischen Kosten konsistent zu der Material-In-tensität in Formel (15) auch auf eine Strecke für Transporte oder erzeugte Energiemengen bezogen werden. Sie werden aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht gesondert aufgeführt. 644 Arthur D. Little GmbH et al. 2005, S. 22

94

katorwerte für die Nachhaltigkeit der Soziosphäre herangezogen (vgl. Ab-

schnitte 2.2.1.3 und 3.2.3).645 Die Synthese der Beschäftigungszahlen für die Trans-

formationssysteme erfolgt konsistent zu dem Partialmodell nach Formel (13) entspre-

chend Formel (20) über den Materialfluss innerhalb der Technosphäre, der für die je-

weilige Konkretisierungsebene des zu entwickelnden Produktes benötigt wird. Analog

zu Fn. 643 und der Material-Intensität in Formel (15) können die Transporte und die

Bereitstellung von Energie ebenfalls berücksichtigt werden.

Die spezifische Beschäftigungskennzahl entspricht dem Kehrwert der Arbeitsproduk-

tivität nach Abschnitt 3.2.3.

Als Nachhaltigkeitsindikator zur Indizierung der Versorgungsleistung wird die Gewähr-

leistung der Grundbedürfnisbefriedigung (vgl. Abschnitte 2.2.1.3 und 3.2) durch die

Beschäftigung nach Formel (21) herangezogen.

Die gewährleistete Versorgung entspricht beispielsweise den Tagen, an denen die

durchschnittlichen Lebensunterhaltskosten eines durchschnittlichen Haushaltes von

monatlich 2448 €646 durch die „[…] eigene Arbeit“647 (vgl. Abschnitt 2.2.1.3) gewähr-

leistet ist.

Besonders bei der Synthese der Indikatorwerte zur gesellschaftlichen Sphäre zeigt

sich der Einfluss der eingesetzten Technologie. Unterschiedliche Operatoren ermögli-

chen die Bearbeitung des Werkstückes mit den gleichen Verfahren zum selben Ergeb-

nis. Beispielsweise wird der Drehprozess eines Werkstückes durch Verfahren wie

645 Der Mehraufwand der Produktentwicklung für die Bilanzierung der Nachhaltigkeit und für die Entwicklung nach-haltigerer Produkte ruft bei konstanter Arbeitsproduktivität einen Zuwachs der Beschäftigungszahlen in der Pro-duktentwicklung hervor. Ćorić et al. 2015, S. 1517ff. tragen diesem Sachverhalt Rechnung. Aus Gründen der Kon-sistenz mit der Ökobilanz und den vereinfachten ökologischen Bewertungsmethoden, die die Ökosphäre um die Wirkung der Individualisierung von Informationen über eine gewisse Zeit verkürzen, wird diesem Sachverhalt in dieser Arbeit nicht Rechnung getragen. 646 Statistisches Bundesamt 2015d 647 Blazejczak et al. 2000, S. 72; Brandl und Hildebrandt 2002, S. 27

Mi,ke Bj,ke = ∑ Mi,ke ∗ bi,j

n

i=1

(20) Bj,ke

mit Bj,ke

Anzahl der Beschäftigten aus Transformationssystem j der

Konkretisierungsebene ke -

bi,j

Spezifische Beschäftigungskennzahl zur Transformation

des Materials i eines Transformationssystemes j

1

kg

Mi,ke Vj,ke = ∑ Mi,ke ∗ vi,j

n

i=1

(21) Vj,ke

mit Vj,ke

Gewährleistete Versorgung durch das Transformations-

system j der Konkretisierungsebene ke Tag

vi,j

Spezifische Versorgungskennzahl eines Materials i eines

Transformationssystemes j

Tag

kg

95

Querrunddrehen, Längsrunddrehen und Querplandrehen648 realisiert. Durch die tech-

nologischen Möglichkeiten der rechnergestützten numerischen Steuerung (Computer-

ized Numerical Control-CNC) ist der Personaleinsatz v. a. in der Serienfertigung im

Vergleich zu den mechanischen Operanden geringer. Der Anwendende einer Dreh-

bank mit mechanischen Übertragungsgliedern führt den Werkzeugwechsel oder das

Plandrehen zur Definition des Werkstück-Nullpunktes manuell durch.649

Das Ergebnis dieses Arbeitsschrittes bildet die Indikatorwerte der Soziosphäre aus

Sicht der Fabrikationsprozesse ab. Die gesellschaftliche Nachhaltigkeit von Fabrika-

tionsprozessen bzw. das Sozialkapital sind von den Beschäftigungszahlen, die mit

dem Lebenslauf des Produktes in Verbindung stehen, abhängig (vgl. Ab-

schnitt 2.2.1.3). Die synthetisierten Beschäftigungszahlen dürfen ausschließlich als ein

Indikator von vielen einer gesellschaftlichen Bilanzierung verwendet werden und er-

lauben z. Z. keine Analyse. Die Wirkung sich ändernder Beschäftigungszahlen auf die

drei Ebenen des Sozialkapitales und der Versorgung sind nicht wissenschaftlich durch-

drungen. Die gesellschaftlichen Folgen des Beispieles der Einführung von Pfand für

Einwegverpackungen aus Abschnitt 3.2 auf die Fabrikationsprozesse zeigen die

Schwierigkeiten auf. Es sind Stellen bei der kommunalen Beseitigungswirtschaft ab-

gebaut worden, gleichzeitig ist die neue Branche mit den Produzenten von Rücknah-

meautomaten mit neuen Arbeitsplätzen entstanden. Die Umverteilung der Beschäftig-

ten auf unterschiedliche Wirtschaftszweige ist durch das vorgestellte Partialmodell

synthetisierbar jedoch ihre Wirkung auf die Soziosphäre nicht analysierbar.

4.3.2 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte aus der Nutzung

Entsprechend Abschnitt 3.1.4 ist eine Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte für

die antizipierte Nutzung nicht uneingeschränkt möglich. Je nach Produktart kommen

unterschiedliche Datenbasen und Partialmodelle zum Einsatz. Entsprechend ABELE ET

AL. werden produktspezifische Modelle des Nutzungsprozesses benötigt (vgl. Ab-

schnitt 3.1.4). Antizipiert werden Nutzungsprozesse bei Pkw über den Fahrzyklus nach

Richtlinie 98/69 EG über Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch Emis-

sionen von Kraftfahrzeugen, bei Waschmaschinen über DIN EN 60456, bei elektri-

schen Kochgeräten über DIN EN 60350 und bei Investitionsgütern über die Anforde-

rungen des Nutzers oder nach VDMA 34160. Über die dort bereits antizipierten Nut-

zungsszenarien werden entsprechend Abschnitt 4.3.1 die ökologischen und ökonomi-

schen Nachhaltigkeitsindikatorwerte aus Sicht des Nutzenden bzw. Kunden antizipiert.

Je nach Produktart und Konkretisierungsgrad werden Transformationssysteme der

Nutzung nach Bild 3-3 verkürzt, um weitere Transformationssysteme ergänzt und

durch unterschiedliche Partialmodelle der ökologischen und ökonomischen Sphäre

nach Abschnitt 3.2 konkretisiert. Beispielsweise entfallen bei der Entwicklung von

648 DIN 8589 Blatt 1, S. 3ff. 649 Neben der reinen Arbeitsproduktivität benötigt der Anwender der CNC-Maschine andere Qualifikationen (Hu-mankapital) als der Anwender der konventionellen Maschine. Weiter hat die Technologie Einfluss auf die anderen Dimensionen der Nachhaltigkeit. Eine CNC-Maschine benötigt für die CNC-Steuerung mehr Energie als die kon-ventionellen Maschine. Ebenfalls sind die Investitionskosten höher.

96

Komponenten oder Baugruppen eines Produktes die Inbetriebnahme oder der sepa-

rate Kauf. Sie haben trotzdem einen Einfluss auf die Öko- und die Ökonosphäre des

Kunden, beispielsweise durch ihr Eigengewicht oder die anfallenden Wartungsinter-

valle. Die Betrachtung der Soziosphäre ist nach Abschnitt 3.2.3 aufgrund des Standes

des Wissens nicht möglich. Während der Nutzung von Konsumgütern ist ein möglicher

Indikatorwert die Zeit, die nach der Nutzung des zu entwickelnden Produktes zur Inter-

aktion mit gleichen Personen verfügbar bleibt. Nach der Annahme aus Ab-

schnitt 2.2.1.3 ist das zu entwickelnde Produkt oder die Komponente aus Sicht des

Nutzenden von Konsumgütern gesellschaftlich nachhaltiger, wenn es während des

Einsatzes weniger personengebundene Leistungen in Anspruch als das Referenzpro-

dukt nimmt und somit das bindende Sozialkapital unterstützt. Bei der Nutzung von In-

vestitionsgütern haben sowohl die erforderliche Anzahl an Anwendenden als auch die

brückenbildenden Interaktionsmöglichkeiten der Anwendenden untereinander nach

Abschnitt 2.2.1.3 einen Einfluss auf die Soziosphäre aus Sicht der Einsatzprozesse.

4.4 Analyse

Die Analyse findet entsprechend den festgelegten Zielen des Untersuchungsrahmens

statt. Sie kann nach Abschnitt 4 auf Basis der Nachhaltigkeitsindikatorwerte oder der

Nachhaltigkeitsindikatoren erfolgen. Die synthetisierten Nachhaltigkeitsindikatorwerte

führen in den Sphären der Nachhaltigkeit zu einer Wirkung. Dazu werden die Nach-

haltigkeitsindikatorwerte als Datenbasis konsistent zu der Ökobilanz durch Partialmo-

delle zu Nachhaltigkeitsindikatoren individualisiert.

Eine Individualisierung der Material-Intensitäten zu ökologischen Nachhaltigkeitsindi-

katoren ist durch den MIPS nicht vorgesehen. Die Wirkung der synthetisierten ökolo-

gischen Nachhaltigkeitsindikatorwerte auf die Ökosphäre erfolgt anhand von Verglei-

chen650 unterschiedlicher Produktlebensläufe mit der gleichen prozessualen Einheit.

Dabei ist der Produktlebenslauf mit der geringsten Material-Intensität zu bevorzugen.

Durch die Informationsverfügbarkeit und den Stand der Produktentwicklung ist eine

Individualisierung der ökonomischen Nachhaltigkeitsindikatoren als Analysegrundlage

nicht für jede Anspruchsgruppe möglich. Die Partialmodelle der Ökonosphäre der An-

spruchsgruppen entsprechen den jeweiligen Modellen des Rechnungswesens der be-

trachteten Unternehmen.651 Wie bereits in Abschnitt 2.2.1.2 beschrieben, trägt das zu

entwickelnde Produkt über eine positive Nominalgüterbilanz zu einem ökonomisch

nachhaltigen Zustand der Ökonosphäre des produktentwicklungsnahen Unterneh-

mens bei, gewährleistet diesen jedoch nicht. Die Liquidität als Indikator eines ökono-

misch nachhaltigen Unternehmens (vgl. Abschnitt 2.2.1.2) hängt nicht ausschließlich

von den dem zu entwickelnden Produkt zuordenbaren Nominalgüterflüssen ab. Zur

Analyse des ökonomischen Zustandes des produktentwicklungsnahen Unternehmens

650 Schmidt-Bleek et al. 1998, S. 67ff. 651 Die Partialmodelle des Rechnungswesens für die fabrizierenden Unternehmen können beispielsweise über die Standardkontenrahmen nach Datenverarbeitungsorganisation der Steuerbevollmächtigten für die Angehörigen des steuerberatenden Berufes in der Bundesrepublik Deutschland (DATEV) spezialisiert werden.

97

müssen sämtliche Geschäftsvorfälle berücksichtigt werden. Die Analyse des ökonomi-

schen Zustandes der produktentwicklungsfernen Unternehmen und des Kunden ist im

Sinne des Rechnungswesens nicht möglich, da die Informationen der Geschäftsvor-

fälle nicht zur Verfügung stehen. Hier wird davon ausgegangen, dass bei Unternehmen

des Beschaffungsmarktes die erzeugten Umsätze nach Formel (12) durch die leis-

tungswirtschaftlichen Prozesse der produktentwicklungsnahen Leistungswirtschaften

bzw. Transformationssysteme zu einem ökonomisch nachhaltigen Zustand beitragen.

Für Kunden von Investitionsgütern und Konsumgütern ist der Sachverhalt ähnlich. Bei

Investitionsgütern trägt das zu entwickelnde Produkt zum ökonomisch nachhaltigen

Zustand bei, wenn es über den gesamten Nutzungsprozess652 einen möglichst gerin-

gen negativen Nominalgüterfluss hervorruft. Unter der Annahme, dass das Investi-

tionsgut die Anforderungen des Kunden erfüllt, wird das Erreichen des ökonomisch

nachhaltigen Zustandes über den geringst möglichen hervorgerufenen negativen No-

minalgüterfluss während der Nutzung unterstützt. Dieser Sachverhalt gilt analog für

die Nutzungsprozesse von Konsumgütern.

Eine Analyse der gesellschaftlichen Sphären auf Grundlage individualisierter Nachhal-

tigkeitsindikatoren ist z. Z. aufgrund des fehlenden Verständnisses der Soziosphäre

nicht möglich. Zwar lassen die empirischen Ergebnisse von THENEN ET AL. (vgl. Ab-

schnitt 3.2.3) den Schluss zu, dass Beschäftigung gesellschaftlich nachhaltig ist. Je-

doch zeigen zum einen gesellschaftspolitische Diskussionen der vergangenen Jahre,

dass Arbeit nicht uneingeschränkt als gesellschaftlich nachhaltig bzw. sozial anzuse-

hen ist.653 Zum anderen steht die Beschäftigung als brückenbildende Ebene des So-

zialkapitales in negativer Wechselwirkung mit dem bindenden Sozialkapital (vgl. Ab-

schnitt 3.2.3). Nach Abschnitt 3.2.3 bedingt das bindende Sozialkapital das Brücken-

bildende, gleichzeitig verhindert das Schaffen des brückenbildenden Sozialkapitals die

Steigerung des bindenden Sozialkapitals.654 Zudem ist die in dieser Arbeit zugrunde

gelegte Annahme eines mit der Nutzungszeit von Konsumgütern abnehmenden So-

zialkapitals sozialwissenschaftlich z. Z. nicht verifizierbar. Die gesellschaftlichen Nach-

haltigkeitsindikatorwerte in Form der benötigten personengebundenen Leistung kön-

nen nach Abschnitt 3.2.3 synthetisiert werden. Die Analyse hin zu einer positiven oder

negativen Wirkung zweier Produktlebensläufe mit der selben prozessualen Einheit für

den Einsatz und unterschiedlichen synthetisierten personengebundenen Leistungen

in Form von Beschäftigungszahlen oder Einsatzzeiten ist nicht möglich.655

652 Zwar widerspricht die Lebenszyklusbetrachtung nach Abschnitt 2.2.1.2 den Methoden des Rechnungswesens. Jedoch wird die zeitliche Verkürzung des zu betrachteten Zeitraums der Nachhaltigkeitsbilanzierung durch die Öko-bilanz auf den gesamten Produktlebenslauf und nicht den während eines Bilanzierungszeitraums stattfindenden Teilprozessen der Nutzung vorgeschrieben. 653 Fraktionsunabhängig ist in den letzten Jahren die Aussage „Sozial ist, was Arbeit schafft“ aufgetaucht und kon-trovers diskutiert worden. Diese Aussage ist daraufhin durch „Sozial ist, was Arbeit schafft, von der man anständig leben kann“, „Sozial gerecht ist, was Arbeit schafft“ oder „Sozial ist, was gute Arbeit schafft“ relativiert worden. 654 Wer einem Beruf nachgeht, kann weniger Zeit mit seiner Familie verbringen. 655 Für den Fall, dass sich die Fabrikationsprozesse des Referenz-Produktes und des zu entwickelnden Produktes

ausschließlich in der Menge der Materialien und Energien unterscheiden, die Transformationssysteme und Mate-

98

Somit ergibt sich durch den Stand des Wissens bedingt eine Aussage der Wirkung des

zu entwickelnden Produktes auf die drei Sphären der Nachhaltigkeit auf Basis der in

Bild 3-1 bzw. Bild 3-4 und durch Formeln (15) bis (21) individualisierbaren Nachhaltig-

keitsindikatorwerte.

In Bild A-1 ist die hier beschriebene Methodikbeschreibung als Genom nach ZIER mo-

delliert.656

4.5 Operationalisierung

Durch die Operationalisierung wird der Produktentwicklung nach Abschnitt 2.3 eine

tatsächliche Unterstützung in Form einer EDV-Lösung bereit gestellt. Um dem Di-

lemma der Produktentwicklung und der variierenden Informationsverfügbarkeit ge-

recht zu werden, werden Transformationssysteme über die Abstraktionsebenen des

Prozessmodelles nach Abschnitt 2.1.1 unterschiedlich individualisiert (vgl. Bild 4-1).

Bild 4-1: Die Abstraktionsebenen des Prozessmodelles

Auf der niedrigsten Abstraktionsebene werden Transformationssysteme über die Ope-

ratoren individualisiert. Es sind sämtliche eingehende bzw. ausgehende operatoren-

spezifische Material- und Energieflüsse und insbesondere die Transformationszeit des

Operanden bekannt. Über sämtliche Charakterisierungsfaktoren nach Formeln (15)

bis (21) ist im Vergleich zu den anderen beiden Abstraktionsebenen des Prozessmo-

delles eine detailliertere bzw. genauere Individualisierung der Nachhaltigkeitsindika-

torwerte möglich. Die Charakterisierungsfaktoren sind nicht für einen Operator festge-

legt bzw. operatorspezifisch. Sie sind zum einen von der Zustandsänderung der zu

transformierenden Materialien abhängig (vgl. Abschnitt 3.2.2.1.1). Zum anderen sind

beispielsweise die restlichen Kosten von den Gemeinkostenzuschlagssätzen bzw. Ma-

schinenstundensätzen abhängig, die willkürlich, unternehmens- und standortspezi-

fisch sind (vgl. Abschnitt 3.2.2.1.1). Ein Operator ist beispielsweise ein bestimmtes

Modell einer Servopresse eines bestimmten Herstellers. Eine Modellierung auf Ope-

rial- bzw. Energiearten äquivalent sind, ist der Produktlebenslauf mit der höhren Beschäftigung bezüglich der mo-

netären Grundbedürfnisbefriedigung und des brückenbildenden Soziakapitales gesellschaftlich nachhaltiger. Dies

ist in dem Beispiel in Kapitel 5.4 der Fall. 656 Zier 2014. S. 77ff.

ZAZE

Prozess

Operator

Verfahren

Nw

ZAZE

Prozess

Verfahren

Nw

ZA

Nw

Prozess

99

ratorenebene ist wegen der Informationsverfügbarkeit i. d. R. nur für die in den pro-

duktentwicklungsnahen Transformationssystemen zum Einsatz kommenden Operato-

ren möglich.

Falls der zum Einsatz kommende Operator nicht antizipierbar ist, werden Transforma-

tionssysteme über Verfahren individualisiert. Zum Antizipieren von Verfahren werden

sämtliche Operatoren aggregiert, die zur Realisierung eines Prozesses die verfahrens-

spezifischen Merkmale besitzen (vgl. Abschnitt 2.1.1) und einen Eingangszustand in

einen antizipierten Ausgangszustand transformieren können. Es sind verfahrentypi-

sche Materialflüsse wie auch Charakterisierungsfaktoren bekannt. Die Charakterisie-

rungsfaktoren sind als arithmetische Mittel sämtlicher Operatoren, die die verfahrens-

spezifische Markmale aufweisen, um einen Eingangszustand in einen antizipierten

Ausgangszustand zu transformieren, zu verstehen. Somit sind unternehmens- oder

standortspezifische Charakterisierungsfaktoren nicht individualisierbar. Verfahren ag-

gregieren beispielsweise Servopressen sämtlicher Hersteller, die die Transformation

eines bestimmten Eingangszustandes in einen bestimmten Ausgangszustand realisie-

ren können. Eine Modellierung auf Verfahrensebene ist i. d. R. für die produktentwick-

lungsfernen Teilprozesse des Produktlebenslaufes möglich.

Ist ausschließlich das benötigte Material oder die benötigte Energie am Ausgang eines

Transformationssystemes bekannt, werden Transformationssysteme über Prozesse

modelliert. Die Modellierung von Prozessen kommt dann zum Einsatz, wenn entweder

der Anfangszustand des zu transformierenden Materials oder der zu transformieren-

den Energie nicht bekannt ist oder aufgrund des definierten Untersuchungsrahmens

der Eingang abgeschnitten wird. Somit ist eine Individualisierung der Nachhaltigkeits-

indikatorwerte ausschließlich durch den vorhandenen Ausgangszustand des Operan-

den möglich. Entgegen dem funktionalen Systemkonzept nach ROPOHL657 oder dem

Prozessmodell nach HEIDEMANN (vgl. Abschnitt 2.1.1) sind für das Transformations-

system auf der Abstraktionsebene von Prozessen i. d. R. keine Inputs oder Eingangs-

größen antizipierbar.

Jedes Transformationssystem wird durch die Charakterisierungsfaktoren – sie bezie-

hen sich unabhängig von der betrachteten Dimension der Nachhaltigkeit konsistent zu

der Ökobilanz auf die Mengeneinheit 1 – modelliert (vgl. Kapitel 4.3). Entsprechend

den festgelegten Zielen und dem Untersuchungsrahmen werden Transformationssys-

teme, operationalisiert durch die Charakterisierungsfaktoren, über Material- und Ener-

gieflüsse verknüpft. Ausgehend von dem produktentwicklungsnahen Transformations-

system und der definierten prozessualen Einheit als globale Variable (gV)658 werden

entsprechend dem Untersuchungsrahmen die Transformationssysteme individuali-

657 Ropohl (2009), S. 75ff. 658 Die globale Variable steht sämtlichen Transformationssystemen zur Verfügung und individualisiert die auf die Mengeneinheit 1 modellierten Transformationssysteme zur Erfüllung der prozessualen Einheit. Sie entspricht bei-spielsweise einer zu bearbeitenden Menge an Material am Eingang oder am Ausgang eines Transformationssys-temes aus Formeln (15) bis (21).

100

siert. Von der definierten prozessualen Einheit hängen sämtliche Material- und Ener-

gieflüsse der mit dem Lebenslauf des zu entwickelnden Produktes über Material- oder

Energieflüsse in Verbindung stehenden Transformationssysteme ab. Über die defi-

nierte prozessuale Einheit, quantifiziert über die globale Variable, werden die auf die

Mengeneinheit 1 normierten Transformationssysteme skaliert.

Bild 4-2 verdeutlicht beispielhaft die Umsetzung einer Modellierung eines Transforma-

tionssystemes in Microsoft Excel.

Bild 4-2: Beispielhafte Spezialisierung eines Transformationssystemes in Excel

Das Ergebnis des Antizipierens dieses Transformationssystemes hat Flüsse von Pro-

dukten und Nebenprodukten am Ausgang und Rohteilen und Elektrizität am Eingang

ergeben. Abhängig von der dem Ziel der Nachhaltigkeitsbilanzierung entsprechenden

Menge des Produktes als prozessuale Einheit, die in dem Beispiel der globalen Va-

riablen entspricht, ändert sich die benötigte Menge an Elektrizität und Rohteilen am

Eingang wie auch die Menge an Produkten und Nebenprodukten am Ausgang. Sämt-

liche Flüsse am Eingang und am Ausgang sind über ein Kilogramm Produkt am Aus-

gang spezifiziert. Von diesen Flüssen sind die zu individualisierenden Nachhaltigkeits-

indikatorwerte über die Charakterisierungsfaktoren abhängig. Die Charakterisierungs-

faktoren entsprechen den Charakterisierungsfaktoren der jeweiligen Nachhaltigkeits-

sphäre aus Formel (15) bis (21). Dieses Partialmodell wird je nach antizipierten Trans-

formationssystem durch die Flüsse an Materialien und Energien und ihren Charakteri-

sierungsfaktoren individualisiert.

Fluss Menge Einheit Fluss Menge Einheit

Prozess Ausgang Produkt gV kg

Nebenprodukt kg

Verfahren Eingang Rohteil kg

Elektrizität J

Operand

spez. Menge

Ausgang Produkt 1 kg/kg

Nebenprodukt kg/kg

spez. Mengen

Eingang Rohteil kg/kg

Hilfsstoff kg/kg

Elektrizität J/kg

ökol. Charak. Rohteil Elektrizität

abiot. kg/kg abiot. kg/J

biot. kg/kg biot. kg/J

Wasser kg/kg Wasser kg/J

Luft kg/kg Luft kg/J

ökon. Charak.

Ausgang Produkt €/kg

Nebenprodukt €/kg

ökon. Charak.

Eingang Rohteil €/kg

Hilfsstoff €/kg

Elektrizität €/J

gesell. Charak. Produktivität 1/kg

Versorgung 1/kg

Kostenstruktur Material %

Rest %

101

Zur Überprüfung der Operationalisierbarkeit der Synthese der Nachhaltigkeitsindika-

torwerte ist neben Excel auch National Instruments LabVIEW eingesetzt worden. Wäh-

rend bei Microsoft Excel jedes antizipierte Transformationssystem einem Tabellenblatt

entspricht, werden in LabVIEW Transformationssysteme durch sog. Virtuelle Instru-

mente (VI) als Boxen modelliert (vgl. Bild 4-3).

Bild 4-3: Beispielhafte Spezialisierung eines Transformationssystemes in LabVIEW

Die so erstellten Tabellenblätter bzw. VI können in einer Bibliothek gespeichert und

wiederverwendet werden, was der Hauptintension einer Operationalisierung ent-

spricht. Beispielsweise sind für die in Kapitel 5 beispielhaft angewendete Operationa-

lisierung der Nachhaltigkeitsbilanzierungsmethode elf Transformationssysteme antizi-

piert worden. Dabei sind für die Bilanzierung der Referenz und der alternativen Trans-

formationssysteme, bis auf zwei Anpassungen bezüglich der spezifischen Mengen,

identische Tabellenblätter bzw. VI verwendet worden.

102

5 Die Nachhaltigkeitsbilanzierung am Beispiel der alternativen Ver-

wendung von Neuschrott

In diesem Kapitel werden die in den vorangegangenen Kapitel dargelegten theoreti-

schen Grundlagen in Form der beabsichtigten Unterstützung auf ein fiktives Beispiel

der Nachhaltigkeitsbilanzierung der Verwertung von Verschnitt als Referenz und der

alternativen Verwendung des Verschnittes aus einer Rahmenfertigung für Fahrzeug-

türen angewendet. Dieses entspricht der Vermeidung von Produktionsrückläufen nach

VDI 2243 BLATT 1.659 Analog zu dem Verständnis der Anwendungsevaluierung steht

nicht die Analyse der Nachhaltigkeit einer alternativen Verwendung von Neuschrott

aus der Rahmenfertigung im Vordergrund. Im Fokus steht die Durchführung der in Ka-

pitel 4 beschriebenen Methodik als Grundlage für die in den Abschnitten 6.1 und 6.2

durchgeführte Evaluierung.

5.1 Ausgangssituation der Produktentwicklung

Die Produktentwicklung steht vor der Aufgabe eine Fahrzeugtür eines Pkw zu entwi-

ckeln. Dabei sind im Vergleich zu den in Abschnitten 2.1.3 und 4.2 diskutierten ent-

wicklungsmethodischen Randbedingungen Abweichungen vorhanden. Aufgrund der

vorhandenen Pressenstraßen steht die Eigenfertigung bereits zu Beginn der Produkt-

entwicklung fest.660 Zudem wird die Grobgeometrie des Konzeptes der Fahrzeugtür

durch das Designteam in Form eines Claymodelles bzw. von Class-A-Modellen des

Exterieurs vorgegeben.661 Das Design schreibt eine Tür mit Türrahmen vor. Bild 5-1

zeigt den Aufbau einer Fahrzeugtür mit den für den Seitenaufprallschutz relevanten

Bauteilen.

Bild 5-1: Aufbau der für den Seitenaufprallschutz relevanten Bauteile einer Fahrzeugtür662

659 VDI 3323 Blatt 1, S. 10; Allwood et al. 2014, S. 207 nutzen als Metapher zur Beschreibung der Umleitung von Schrotten aus der Fertigung zur Vermeidung des Einschmelzens durch ein Verwenden die Elster; die englische Firma Abbey Steel & Shearing Company Limited vertriebt unter dem Namen AbeeysteelTM aus Schrott zugeschnit-tene Platinen für eine nicht antizipierte Fertigung; Schmitt und Leitner 1995. S. 129ff. zeigen auf, wie Altschrott aus Fahrzeugkarosserien nach dem Einsatz nicht antizipiert sondern zufällig verwendet werden kann. 660 Die Entscheidung der Eigenfertigung oder des Fremdbezuges ist immer möglich zu treffen. Aufgrund des hohen Investitionsaufwandes für Pressenstraßen wird davon ausgegangen, dass bei Karosserieteilen, wenn entspre-chende Betriebsmittel vorhanden sind, eine Eigenfertigung einer Forderung entspricht. 661 Landrock 2009, S. 17f.; Kraus 2007, S. 38ff. 662 Vereinfachte Darstellung nach VW Parts America 2015; für die weiteren Ausführungen wird als Referenzprodukt die vordere Tür eines VW Golfes der Baujahre 2003-2008 herangezogen. Nach Hamm 2015 wiegt der Rahmen a mit der Originalteilenummer 1K3831301AB 9,14 kg, die Außenhaut b mit der Originalteilenummer 1K3831105J 5,21 kg und der Aufprallträger c mit der Originalteilenummer 1K3831505C 2,99 kg. Das Gesamtgewicht der struk-turrelevanten Bauteile der Tür des Golfes entspricht annähernd der Tür des Fahrzeuges H nach Hilfrich et al. 2007,

b

a

c

a

b

c

Rahmen

Außenhaut

Aufprallträger

103

Der Fahrzeugtürrahmen stellt ein Bauteil der Baugruppe Fahrzeugtür dar und dient als

Verbindungsbauteil zur Anbindung von Karosseriekomponenten, Innenverkleidungen

oder Motoren und Lautsprechern. Über Beschläge wird die Baugruppe an die Karos-

serie montiert. Neben der Integration unterschiedlicher Funktionsträger ist die Tür eine

wichtige Baugruppe des aktiven und passiven Sicherheitskonzeptes.663 Der Schutz der

Insassen vor der Umgebung als aktive Sicherheitsfunktionen der Tür wird beispiels-

weise über den physikalischen Effekt Oberflächenspannung664 realisiert, die passive

Sicherheitsfunktion über eine irreversible plastische Verformung665 der strukturrele-

vanten Türbauteile aus Bild 5-1. Aus ökologischer Sicht ist hauptsächlich das Gewicht

der Tür während der Nutzung ausschlaggebend.666 Da der Türrahmen tangential zur

Strömungsrichtung liegt, sind Formwiderstände zu vernachlässigen. In Anlehnung an

Abschnitt 2.1 werden diese klassischen funktionalen Anforderungen an den Fahrzeug-

türrahmen als erfüllt vorausgesetzt. Neben diesen funktionalen Anforderungen hat ein

Benchmark für Fahrzeugtüren ergeben, dass die Kosten für die strukturrelevanten

Bauteile667 nach Bild 5-1 durchschnittlich 45 € pro Tür668 bei einem Durchschnittsge-

wicht von 16 kg669 betragen. Die eigene Tür des Vorgängermodelles ohne Anbauten

wiegt 17 kg.670 Die geschätzten Produktstandardkosten (vgl. Bild 3-6) belaufen sich auf

46 €.671 Die Produktstandardkosten beinhalten Materialkosten von 23 €, Fertigungs-

kosten von 13 €, Montagekosten von 4 € und Abschreibungen von 6 €.672 Als Zielkosten

werden für die neue Tür 42 € für die strukturrelevanten Bauteile durch die Kalkulations-

abteilung vorgegeben.673 Die Produktentwicklung hat die Aufgabe, die Zielkosten ein-

zuhalten. Zusätzlich sollen für die Marketingabteilung674 Nachhaltigkeitsindikatorwerte

des Konzeptes der neuen Tür ermittelt werden.

Zum Erreichen der Zielkosten bestehen unterschiedlichste Strategien. Eine Strategie

der Kostenreduzierung besteht in Kosteneinsparungen bei den Materialien als höchs-

tem Kostenanteil durch eine Steigerung der Materialeffizienz. Maßnahmen der Mate-

rialeffizienz sind beispielsweise Änderungen des Türkonzeptes von den jetzigen

S. 524ff., realisiert durch das Türkonzept Schließblech mit einem Gesamtgewicht von abgelesenen 17,5 kg. Diese

Tür wird als Referenz für die weitere Betrachtung verwendet. Für das Konzept des neuen Türrahmens nach dem Class-A-Modell wird angenommen, dass er das selbe abgeschätzte Gewicht wie das reale Gewicht des Türrahmes des Vorgängermodelles haben wird. 663 Birkert et al. 2013, S. 35; Birkert et al. 2013, S. 42; Kramer 1998, S. 160; Grabner und Nothhaft 2006, S. 162; Grabner und Nothhaft 2006, S. 178ff. 664 Koller und Kastrup 1994, S. 242 665 Koller und Kastrup 1994, S. 122 666 Birkert et al. 2013, S. 9; Birkert et al. 2013, S. 42 667 Bei dem Benchmark nach Hilfrich et al. 2007, S. 522ff. haben die Strukturmerkmale der Türen im Vordergrund gestanden. Dem entsprechend sind ausschließlich strukturrelevante Bauteile in diese beispielhafte Untersuchung eingeflossen. 668 Hilfrich et al. 2007, S. 528 669 Hilfrich et al. 2007, S. 526 670 Hilfrich et al. 2007, S. 526 671 Hilfrich et al. 2007, S. 528 672 Hilfrich et al. 2007, S. 528 673 Kostengünstigste Türvarianten G, J und K nach Hilfrich et al. 2007, S. 528 674 Nach Kleinschmidt et al. 1996, S. 52f. ist neben der Entwicklung des Produktes und der dazugehörigen Kos-ten- und Marktanalyse das Planen des Marketings eine Aufgabe der Produktentwicklung.

104

Schließblechen auf Türkonzepte mit vollgepressten Bauteilen, Mehrteilrahmenkon-

zepte, Stechrahmenkonzepte oder Tailored Blank-Konzepte675. Weitere mögliche

Maßnahmen sind die Variation des Materials hin zu günstigeren Flacherzeugnissen

oder einer Materialreduzierung durch Stärkenänderungen der Bleche. Aufgrund lang-

fristiger Lieferverträge676 für die Flacherzeugnisse der Karosseriebauteile werden der

Produktentwicklung die möglichen Materialien für die Tür durch die Materialwirtschaft

vorgegeben.677 Eine alternative Maßnahme der Kosteneinsparung ist die Optimierung

der Materialeffizienz der eigenen Fertigungsprozesse. Bild 5-2 beschreibt beispielhaft

das Transformationssystem zur Fertigung des realen Bauteiles a (ra).

Bild 5-2: Der Fertigungsprozess eines Fahrzeugtürrahmens (Bauteil a)

Zur Fertigung des realen Bauteiles a kommen zwei Prozesse aufgeteilt auf sechs

Pressen678 zum Einsatz. I. d. R finden zugdruckumformende und trennende Prozesse

in der gleichen Pressenstraße679 bestehend aus mehreren Servopressen als Operato-

ren (oSp) stufenweise über Zwischenzustände statt.680 Zunächst wird das Flacher-

zeugnis aus Tiefziehstahlwerkstoffen in Form von Platinen durch das Tiefziehen mit

Werkzeugen681 umgeformt. Überflüssiges Material an den Rändern oder Ausschnitte

für Glasfenster, für die Mechanik der Fensterheber, der Außenspiegel und der Tür-

schlösser wird durch trennende Prozesse durch das Scherschneiden682 realisiert. Zur

Reduzierung der nötigen Umformkräfte und des Werkzeugverschleißes werden ent-

weder die vorhandene Korrosionsschutzschicht des Flacherzeugnisses oder zusätzli-

che Schmierstoffe verwendet.683 Ergebnis der Fertigung ist der Fahrzeugtürrahmen

und der Verschnitt als Neuschrott. Bei diesem Transformationssystem, bestehend aus

675 Hilfrich et al. 2007, S. 525 676 Göpfert und Grünert 2012, S. 167f.; langfristige Lieferverträge sichern dem Erstausrüster eine marktpreisunab-hängige Beschaffung. 677 Aus Sicht der Produktentwicklung sind die Materialeigenschaften eine unabhängige Eigenschaft. Die langfristi-gen Lieferverträge führen zu einem unumgänglichen Antizipieren der verfügbaren Materialien durch die Produkt-entwicklung. 678 Birkert et al. 2013, S. 451f. 679 Erstausrüster setzen zur Fertigung von umgeformten Blechen nach Birkert et al. 2013, S. 457 i. d. R Servopres-sen ein. 680 Birkert et al. 2013, S. 43ff.; 681 DIN 8584 Blatt 3, S. 3ff. 682 DIN 8588, S. 3 683 Birkert et al. 2013, S. 30; hier wird keine zusätzliche Verwendung von Schmiermitteln während der Fertigung angenommen.

Emech

Servo-

presse

Elektrizität

Emech

Scher-

schneiden

Trennen

VerschnittTiefziehen

Zugdruck-

umformen

Flacher-

zeugnis

Türrahmen

Nachhaltigkeits-

indikatorwerte

Servo-

presse

Elektrizität

ZoSpE,ra ZoSpZ,ra ZoSpA,ra

105

den Servopressen als Operatoren, beträgt der Materialnutzungsgrad684 45,6 %.685

Ähnlich laufen die Transformationssysteme zur Bearbeitung der Außenhaut und der

Aufprallträger ab.686 Der Materialausnutzungsgrad der Außenhaut beträgt 80 %687 und

der des Aufprallträgers 60 %688.

Eine ökonomische Analyse (siehe Abschnitt A.3.1) des produktentwicklungsnahen Be-

arbeitungsprozesses hat eine negative Wertschöpfung von ca. 30 % ergeben. Den

größten Anteil an der negativen Wertschöpfung mit 77 % hat die Rahmenfertigung (vgl.

Abschnitt A.3.1). Da „[…] alleine der Fensterausschnitt bei einer Tür mit Rahmen ver-

hältnismäßig viel Abfall bedingt, welcher durch den Planer nicht mehr beeinflusst wer-

den kann“,689 sind alternative Verwendungsverfahren des Fensterausschnittes zur

Steigerung des Materialnutzungsgrades nötig.690 Der Verschnitt unterscheidet sich

stofflich nicht von dem ursprünglichen Flacherzeugnis zur Rahmenfertigung. Seine

chemische Zusammensetzung entspricht der des Flacherzeugnisses. Er wird auf-

grund der Reinheit und der bekannten stofflichen Eigenschaften als Kühlschrott in der

Hochofenroute oder als Ausgangsmaterial der Elektrostahlroute in der Stahlherstel-

lung verarbeitet (vgl. Abschnitt 3.1.2).691 Abhängig von dem Umformgrad im Bereich

der Ausschnitte werden die mechanischen und fertigungstechnischen Eigenschaften,

als von der fertigungstechnischen Vorgeschichte abhängige Eigenschaften des Ver-

schnittes, im Vergleich zu denen des Flacherzeugnisses transformiert. Der Fenster-

ausschnitt erfüllt die Anforderungen nach DIN EN ISO 10275 an den Verfestigungsex-

ponenten.692 I. d. R. steigt aufgrund der Kaltverfestigung die Dehngrenze693 im Ver-

gleich zum Flacherzeugnis. Die maximale Kaltverfestigung wird durch die zulässigen

Radien von Freiformflächen auf 35 mm begrenzt.694 Im Bereich der Ausschnitte für

Fenster werden derartige Radien i. d. R. nicht vorgesehen. Die Anbindung des Fens-

ters folgt diesem Radius, der den Platzbedarf in der Tür bestimmt.

Aufgrund der bekannten Eigenschaften des Fensterausschnittes wird eine alternative

Verwendung695 zur Bearbeitung bei der Entwicklung des neuen Rahmens antizipiert.

Dabei ist das Ziel, der negativen Wertschöpfung, die durch die Herstellung von Neu-

schrott bedingt wird, durch die Erhöhung des Materialnutzungsgrades über mehrere

Transformationssysteme hinweg entgegenzuwirken. Bild 5-3 beschreibt die alternative

Verwendung des Fensterausschnittes als Platine zur Substitution von fabrikneuem

Flacherzeugnis zur Fertigung desselben Bauteiles. Der Fensterausschnitt hat eine

684 Nach Birkert et al. 2013, S. 504f. entspricht der Materialnutzungsgrad dem Verhältnis aus Bauteilgewicht zu Materialeinsatzgewicht. 685 Birkert et al. 2013, S. 506 686 Diese Annahme ist dahingehend begründet, dass thermomechanisch gewalzte Stähle oder Tailored Blanks für aufprallrelevante Bauteile und Bauteile mit Freiformflächen umgeformt werden. 687 Birkert et al. 2013, S. 506 688 Annahme, gerundeter Mittelwert aus Materialnutzungsgrad für Rahmen und Außenhaut 689 Birkert et al. 2013, S. 505 690 Ćorić et al. 2015, S. 1513ff. 691 o. V. 1998a, S. 8/6; Gadatsch 2012, S. 99 692 Schmitz und Kopp 1995, S. 136 693 Schmitz und Kopp 1995, S. 137 694 Birkert et al. 2013, S. 102 695 Ćorić et al. 2015, S. 1513ff.; Groche et al. 2015, S. 43ff.

106

Masse von 2,1 kg.696 Als Beispiel ist in Bild 5-3 die alternative Verwendung zur Ferti-

gung einer Abdeckung697 durch die Substitution eines Flacherzeugnisses abgebildet.

Bild 5-3: Die alternative Verwendung von Verschnitt im Vergleich zur Standard-Verwertung698

Entsprechend der Randbedingung nach Abschnitt 2.1, erfüllt die Abdeckung, gefertigt

aus dem Fensterausschnitt, sämtliche Anforderungen.

Anstatt den Fensterausschnitt als Recyclat über schmelzende Prozesse zu verwerten

und anschließend zu bearbeiten, wird er in Anlehnung an VDI 2243 zur Substitution

von Werkstücken zur Fertigung eines Teiles oder mehrerer Teile verwendet.699 Im Ver-

gleich zu den üblichen Fabrikationsprozessen der Abdeckung werden sämtliche vor-

gelagerten Transformationssysteme der Rohstoffgewinnung, der Verarbeitung und der

Halbzeug- bzw. Bandfertigung eingespart. Zudem wird die Herstellung von Neuschrott

durch das Trennen der Platine aus dem Flacherzeugnis vermieden. Die alternative

Verwendung kann unternehmensintern und -übergreifend umgesetzt werden. Zudem

muss die Losgrößenkopplung zwischen den verfügbaren Verschnitten und den nötigen

Abdeckungen berücksichtigt werden.700 Da es sich bei der Verwertung des Fenster-

ausschnittes um den Stand der Technik handelt,701 wird die Verwertung von Schrott

zur anschließenden Bearbeitung im Folgenden als Referenz verwendet. Der Gesetz-

gebende beschreibt diesen Prozess als eine stoffliche Verwertung unter Nutzung stoff-

licher Eigenschaften.702

696 Geschätzt durch Messungen und skaliert auf den Materialnutzungsgrad von 45,6 % nach Birkert et al. 2013, S. 506 697 Als Beispiel in Bild 5-3 ist die Abdeckung des Abgaskrümmers mit der Originalteilenummer 06F129597F des Referenzfahrzeuges mit einem Gewicht von 2 kg und einem Wert von 50 € gewählt worden. In dem Fahrzeug sind eine Vielzahl möglicher Teile aus Flacherzeugnissen verbaut, beispielsweise die Abdeckung des Turboladers mit der Originalteilenummer 03G129969C, das Hitzeblech mit der Originalteilenummer 038129969A oder der Tankde-ckel, die zu einer alternativen Verwendung des Verschnittes antizipierbar sind (vgl. Abschnitt 5.3). 698 In Anlehnung an Groche et al. 2015, S. 43; Bildnachweis der Abdeckung PartsCats.info 2015 699 VDI 2243 Blatt 1, S. 10; Allwood et al. 2014, S. 211 700 Kurz et al. 2009, S. 272 701 u. a. Pilarsky 2014, S. 90, Westkämper und Warnecke 2010, S. 269 und Klug 2010, S. 406 702 AltfahrzeugV § 2 Abs. (1) Satz 10; explizit setzt der Gesetzgeber die stoffliche Verwertung mit einer „[…] in einem Produktionsprozess erfolgende Wiederaufarbeitung der Abfallmaterialien für den ursprünglichen Zweck oder für andere Zwecke […]“ gleich. Hier wird die in Abschnitt 2.1.2 bereits erwähnte Diskrepanz zwischen dem Ver-ständnis unterschiedlicher Kreislaufprozesse deutlich. VDI 2243, S. 35 versteht unter der Aufarbeitung eine „Be-handlung zur Verwendung, [die] in der Regel fertigungstechnisch“ erfolgt. VDI 4082, S. 3 versteht unter der stoffli-chen Verwertung eine „Wiederaufbereitung der Abfallmaterialien für den ursprünglichen Zweck oder für andere Zwecke […].“ Zudem sieht die Produktion nach Abschnitt 3.1.3 keine Aufbereitung von Abfallmaterialien vor.

Verwertung des

Verschnittes+Bearbeitung

Schmelzen Urformen

Flacherzeugnis

Umformen

Transformationssystem Verwertung+Bearbeitung

Umformen Trennen

Alternative Verwendung

des Verschnittes durch Bearbeitung Transformationssystem Verwendung

Umformen TrennenTrennen

Verschnitt

Abdeckung

AbdeckungV

Verschnitt

107

Die Produktentwicklung steht vor zwei Aufgaben. Zum einen soll das wirtschaftliche

Potenzial der alternativen Verwendung für das produktentwicklungsnahe Unterneh-

men abgeschätzt werden. Zum anderen sollen die ökonomischen, ökologischen wie

auch gesellschaftlichen Indikatorwerte ermittelt werden.

5.2 Exkurs: Rechtliche Rahmenbedingungen der alternativen Verwen-

dung

Sowohl die Verwendung als auch Verwertung des Fensterausschnittes nach Bild 5-3

tangieren unterschiedliche Bereiche der Gesetzgebung. Die gesetzlichen Rahmenbe-

dingungen werden i. d. R., insbesondere in der Nachhaltigkeitsdiskussion, vernachläs-

sigt, da entwickelte Methoden der Vergangenheit den damaligen Stand der Technik

abbilden (siehe hierzu auch Abschnitt 2.1.2). Erst mit der Einführung des Abfallbesei-

tigungsgesetzes im Jahr 1972 in Deutschland werden abfallrechtliche Rahmenbedin-

gungen in der konstruktionsmethodischen Forschung, beispielsweise als klassische

Anforderungen der Beseitigung nach der Nutzung, berücksichtigt. In diesem Abschnitt

werden, insbesondere in Bezug auf das Beispiel der alternativen Verwendung des

Fensterausschnittes, die rechtlichen Rahmenbedingungen einer alternativen Verwen-

dung beleuchtet. Durch das Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Siche-

rung der umweltverträglichen Bewirtschaftung von Abfällen (Kreislaufwirtschaftsge-

setz – KrWG) ist beispielsweise eine alternative Verwendung von Materialien inner-

halb eines Wertschöpfungsnetzwerkes nicht ohne Weiteres möglich.

Der Gesetzgebende unterscheidet zwischen Produkten, Abfällen, Nebenprodukten

eines Herstellungsverfahrens703 und Abfällen, die ihre Abfalleigenschaft bzw. ihren Ab-

fallstatus704 verlieren. Stoffe und Gegenstände, die als Nebenprodukt gelten oder ihre

Abfalleigenschaft verlieren, erreichen den Produktstatus und verlassen das Abfallre-

gime. Somit entfallen die mit dem Abfallbegriff verbundenen rechtlichen und bürokra-

tischen Pflichten. Werden Stoffe oder Gegenstände mit Produktstatus innerhalb der

EU verbracht, so entfällt beispielsweise die Informationspflicht gemäß Verord-

nung (EG) Nr. 1013/2006 über die Verbringung von Abfällen. Gleichzeitig treten an-

dere Gesetze und Verordnungen in Kraft. Dazu zählen beispielsweise die Verord-

nung (EG) Nr. 1907/2006 zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschrän-

kung chemischer Stoffe (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of

Chemicals (REACH)-Verordnung) und das Produktsicherheitsgesetz (ProdSG).

Durch die Substitution von fabrikneuem Flacherzeugnis innerhalb des produktentwick-

lungsnahen Unternehmens wird der Fensterausschnitt nicht als Abfall angesehen. Da

703 In dieser Arbeit wird zwischen der Verarbeitung bzw. Werkstoffherstellung und der Bearbeitung bzw. Fertigung und Montage unterschieden (vgl. Abschnitt 3.1). Der Gesetzgeber unterscheidet terminologisch nicht zwischen einer Herstellung und einer Produktion. 704 Weitere Informationen über das vorzeitige Ende der Abfalleigenschaft sind u. a. in KrWG § 5, Bt-Drs 17/6052, S. 76ff., Janz und Schmid-Unterseh 2013, S. 0184 und Schink et al. 2012, S. 41ff., insbesondere für Metallschrott in Verordnung (EU) Nr. 333/2011 § 3 zu finden.

108

sich der Besitzer, in dem Fall das produktentwicklungsnahe Unternehmen, des Fens-

terausschnittes nicht „[…] entledigt, entledigen will oder entledigen muss […]“705, fällt

er nicht unter die Abfallgesetzgebung, sondern unter das ProdSG. Ist es dem produkt-

entwicklungsnahen Unternehmen nicht möglich, den Fensterausschnitt selbst zu ver-

werten oder zu verwenden, kann es die Sachherrschaft aufgeben. Danach kann der

Fensterausschnitt als Nebenprodukt außerhalb des Abfallregimes für eine Bearbeitung

in einem anderen Unternehmen verbracht werden. Entledigt sich der Besitzer des

Fensterausschnittes aus gesetzlichen Gründen oder aufgrund fehlender Verwen-

dungsmöglichkeiten fällt er unter die Abfallgesetzgebung und wird verwertet bzw. be-

seitigt (vgl. Abschnitt 3.1.5). Die Entledigung erfolgt durch eine (stoffliche) Verwertung

bzw. ein Recycling oder eine Beseitigung und ist mit dem Abfallbegriff verbunden.

Beide Varianten liegen unmittelbar im Geltungsbereich des KrWG.706

In dieser Arbeit wird entsprechend Bild 5-3 von der Substitution von Werkstücken

durch Verschnitt mit Nebenproduktstatus nach KrWG in einem anderen Produktle-

benslauf der Technosphäre durch ein anderes bearbeitendes produktentwicklungs-

ferne Unternehmen ausgegangen.707 Nach UMWELTBUNDESAMT entfällt dabei die er-

neute Registrierungspflicht des Fensterausschnittes als Neuschrott entsprechend der

REACH-Verordnung.708

Damit der Verschnitt als Neuschrott den Nebenproduktstatus zur Bearbeitung erlangt,

muss er bei einem Herstellungsverfahren anfallen, dessen Zweck nicht die Herstellung

des Verschnittes darstellt.709 Zudem müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:710

1. Eine weitere Verwendung muss sichergestellt sein.

2. Für die weitere Verwendung ist keine über ein normales industrielles Verfahren

hinausgehende Vorbehandlung erforderlich.

3. Der Stoff oder Gegenstand wird als integraler Bestandteil eines Herstellungs-

verfahrens erzeugt.

4. Die weitere Verwendung darf keine negative Wirkung auf Mensch und Umwelt

haben.

Das Gesetz definiert das Verständnis eines Herstellungsverfahrens nicht. Nach

SCHINK können unter einem Herstellungsverfahren sämtliche Tätigkeiten des Men-

schen verstanden werden, durch die Stoffe oder Gegenstände hergestellt oder geför-

dert werden.711 Die Sicherstellung der weiteren Verwendung „[…] setzt eine gesicherte

705 KrWG § 3 Abs. (1) 706 KrWG § 3 Abs. (2) 707 Wie bereits in Abschnitt 3.1 erwähnt, schließt eine Verwendung in einem anderen Produktlebenslauf nicht die Verwendung im produktentwicklungsnahen Unternehmen aus. Hier wird die Ausschöpfung der Potenziale einer unternehmensinternen Verwendung von Verschnitt als Stand der Technik nach VDI 2243 Blatt 1, S. 10 unterstellt. Zudem entfällt der Geltungsbereich des KrWG ohne die Aufgabe der Sachherrschaft über den Verschnitt bei einer unternehmensinternen Verwendung. 708 Umweltbundesamt 2008, S. 6 709 KrWG § 4 Abs. (1) 710 KrWG §4 Abs. 1 Nr. 1.-4. 711 Schink 2012, S. 206

109

positive Prognose über ihre [(Nebenprodukte)] geplante Verwendung voraus.“712 Da-

mit geht ein Absatzmarkt mit positiven Preisen für die Nebenprodukte einher. Ein wei-

terer wichtiger Aspekt ist die planmäßige bzw. antizipierte Verwendung. „Bereits im

Herstellungsverfahren muss nachgewiesen sein, welche Verwendungsabsicht der

Produzent mit dem Stoff oder Gegenstand hat.“713 Die Verwendung wird implizit über

eine Wiederverwendung als Prozess, „[…] bei dem Erzeugnisse oder Bestandteile, die

keine Abfälle sind, wieder für denselben Zweck verwendet werden, für den sie ur-

sprünglich bestimmt waren“714, definiert. Entsprechend ist die Verwendung mit dem

Produktstatus und einem Zweck verknüpft.

Eine legitime Vorbehandlung entsprechend Nr. 2. liegt vor, wenn das normale indus-

trielle Verfahren mit der üblichen Verarbeitung von Primärprodukten vergleichbar ist.715

Eine Definition von Primärprodukten oder dem normalen industriellen Verfahren zur

Vorbehandlung wird durch den Gesetzgebenden nicht genannt. Unter Primärprodukt

wird im Folgenden das Erzeugnis verstanden, welches den Zweck der Bearbeitung

darstellt. In Bild 5-3 entspricht der Türrahmen dem Primärprodukt. Zudem wird die Dif-

ferenzierung des normalen industriellen Verfahrens über eine Abgrenzung zu „abfall-

typischen“ Verfahren zur Vorbehandlung eingeführt.716 Eine genauere Differenzierung

für das Beispiel Neuschrott erfolgt entsprechend Abschnitt 3.1. Es wird zwischen den

verfahrenstechnischen Verarbeitungs- bzw. Aufbereitungsprozessen und den ferti-

gungstechnischen Bearbeitungs- bzw. Aufarbeitungsprozessen unterschieden. Zu-

dem impliziert der Begriff Verfahren (vgl. Abschnitt 2.1.1), dass der Neuschrott durch

das jeweilige bearbeitende Fertigungsverfahren nach DIN 8580 zwangsläufig „neben-

her“ entstehen muss (vgl. Abschnitt 3.1.3). Somit sind sämtliche Fertigungsverfahren

der DIN 8580, worunter auch die Reinigung als mögliche Vorbehandlung fällt,717 ein

normales industrielles Verfahren. Fertigungstechnische Verfahren sind

„[…] alle Verfahren zur Herstellung von geometrisch bestimmten festen Kör-

pern; sie schließen die Verfahren zur Gewinnung erster Formen aus dem form-

losen Zustand, zur Veränderung dieser Form sowie zur Veränderung der Stoff-

eigenschaften ein.“718

Verfahrenstechnische Prozesse entsprechen im Zusammenhang mit der Verwertung

von Verschnitt keinem normalen industriellen Verfahren, da Stoffe nach Art, Eigen-

schaft und Zusammensetzung chemisch verändert werden (vgl. Abschnitt 3.1.2) und

mit der üblichen Bearbeitung von Primärprodukten nicht vergleichbar sind. Darunter

fallen sowohl Zerkleinerungsprozesse zur Herstellung von Schredderschrott, auch

712 Bt-Drs 17/6052, S. 76 713 Bt-Drs 17/6052, S. 76 714 KrWG § 3 Abs. (21) 715 Bt-Drs 17/6052, S. 76 716 Petersen 2009, S. 1065 717 DIN 8580, S. 10 718 DIN 8580, S. 4

110

wenn es sich dabei um ein fertigungstechnisch ähnliches Verfahren handelt (vgl. Ab-

schnitt 3.1). Entsprechend gilt bei einer Verwertung der Verschnitte nach Bild 5-3 die-

ser nicht als Nebenprodukt.

„Die Anforderung, dass der Stoff als „integraler Bestandteil“ eines Herstellungs-

verfahrens erzeugt werden muss, soll gewährleisten, dass der Stoff für eine

spätere Verwendung aufbereitet und tatsächlich einer Verwendung zugeführt

werden kann.“719

Letztlich muss die Verwendung rechtmäßig sein. Daraus resultiert die Erfüllung von

Produkt-, Umwelt- und Gesundheitsschutzanforderungen.720 Sind sämtliche Voraus-

setzungen erfüllt, dokumentiert und nachgewiesen, erlangt der Verschnitt als Neben-

produkt den Produktstatus und hat somit zu keinem Zeitpunkt Abfalleigenschaften be-

sessen. Damit er den Status eines Nebenproduktes eines Herstellungsverfahrens er-

hält, reicht eine Sicherstellung der Voraussetzungen 1.-4. nicht aus. Erst durch den

Nachweis der Erfüllung der Voraussetzungen kann der Verschnitt außerhalb des Ab-

fallregimes verbracht bzw. transportiert werden. Die Prüfung des Nachweises bleibt

den Behörden vorbehalten.721

Ein Vorgehen zur Erklärung der Nebenprodukteigenschaften oder der Nachweisfüh-

rung für Neuschrott existiert zum Zeitpunkt der Verfassung dieser Arbeit nicht.722 Der

Nachweis erfolgt über sämtliche Transformationssysteme, beginnend bei dem Ver-

schnittfertiger über die Vorbehandlung bis hin zur Verwendung durch den Abnehmer

durch die Transformation zum Erzeugnis. Das Vorgehen des Nachweises kann an die

Verordnung über die Nachweisführung bei der Entsorgung von Abfällen angelehnt

werden. Der Verschnittfertiger erbringt den Nachweis über das Herstellungsdatum und

zeigt, dass der Verschnitt während eines Herstellungsverfahrens, dessen Zweck nicht

die Herstellung des Verschnittes darstellt, angefallen ist. Eine Möglichkeit stellt der

Verweis auf trennende Verfahren nach DIN 8580 dar. Sämtliche trennende Fertigungs-

verfahren beruhen auf dem Prinzip der Fertigung geometrisch bestimmter Körper

durch teilweises oder gänzliches Aufheben des Zusammenhaltes von Werkstücken.723

Somit entspricht der Verschnitt einem integralen Bestandteil der Herstellung. Ent-

spricht die Vorbehandlung einem Fertigungsverfahren nach DIN 8580, liegt ein übli-

ches Verfahren zur Verarbeitung von Primärprodukten vor.

Für den Nachweis einer gesicherten positiven Prognose sind das Verbringungsdatum

und die Verwendung beim Verschnittabnehmer nötig.724 Eine Verwendungsabsicht,

beispielsweise durch eine Dokumentation des Antizipierens von Verschnitt- bzw.

Werkstückeigenschaften nach Abschnitt 5.1 über Unternehmensgrenzen hinaus,

719 Bt-Drs 17/6052, S. 76 720 Bt-Drs 17/6052, S. 76 721 KrWG § 47 Abs. (6) 722 SMUL 2013 (Sächsische Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft-SMUL) stellt beispielsweise Form-

blätter für die Verwendung von Gülle als Nebenprodukt der Landwirtschaft in einer Biogasanlage zur Verfügung. 723 DIN 8580, S. 4 724 Rs. C- 9/00-„Palin Granit“,R. 39

111

reicht nicht aus. Übliche Dokumente für den unternehmensübergreifenden Handel wie

Kaufverträge und Verbringungsnachweise sind entsprechende Hilfsmittel.

Um die vierte Voraussetzung zu erfüllen, stellt der Verschnittfertiger aufgrund des Ver-

ursacherprinzipes sämtliche Informationen zur Verbringung bereit. Dazu zählen, so-

wohl die vorgeschriebenen Informationen nach der REACH-Verordnung725, als auch

durch Normen geregelte Informationen wie die nach DIN EN 10021. Die Informationen

der Stoffeigenschaften nach der REACH-Verordnung liegen bereits durch den Zulie-

ferer des Flacherzeugnisses vor. Zudem ermöglicht DIN EN 10021 Absprachen be-

züglich von der Norm abweichender Lieferbedingungen zwischen Fertiger und Abneh-

mer,726 sodass nicht für jeden Neuschrott umfangreiche Ergänzungen der abhängigen

fertigungstechnischen Eigenschaften in den Datenblättern nötig sind.

5.3 Exkurs: Eine Methode des Antizipierens alternativer Verwendun-

gen727

I. d. R. besteht kein unternehmensübergreifender Austausch von Informationen be-

züglich erzeugter Verschnitte und für die Fertigung benötigter Werkstücke.728 Um mög-

liche unternehmensübergreifende Synergien zur alternativen Verwendung zu entde-

cken, ist eine objektorientierte Datenbank in Java implementiert worden.729 Sie ermög-

licht eine geometrische und stoffliche Erfassung von Verschnitten als auch von Werk-

stücken. Um die Komplexität möglicher geometrischer Merkmale zu verringern und die

Geheimhaltung zu wahren, werden sowohl Verschnitte wie auch Werkstücke durch

abstrahierende und reglementierte Geometriemerkmale erfasst. Sie werden durch ein-

fache zweidimensionale geometrische Objekte (ezgO) abgebildet (vgl. Bild 5-4). Das

ezgO des Werkstückes entspricht der Individualisierung des Partialmodelles der ezgO

(vgl. Bild 5-4: rechts; dieses Partialmodell dient zur Individualisierung sowohl des Ver-

schnittes als auch von Werkstücken) durch die Eigenschaften der Platine nach dem

Trennen aus dem Flacherzeugnis nach Bild 5-3 beispielsweise. Von CAx-Daten wird

aufgrund der Geheimhaltung und der Verfügbarkeit von CAx-Daten von Werkstücken

wie Halbfertigteilen oder Verschnitten abgesehen.

Bild 5-4: Abbildung realer Geometrien durch ezgO

725 REACH-Verordnung Art. 33-35 726 Becker et al. 1992, S. 4 727 Der Autor bedankt sich bei den Herren Schell und Reiter, die im Rahmen von durch den Autor betreuten stu-

dentischen Arbeiten und Hilfswissenschaftlertätigkeiten zu diesem Abschnitt beitragen. 728 Groche et al. 2015, S. 43ff. zeigen das Potenzial des Informationsaustausches durch Industrie 4.0. im Zusam-menhang mit dem Antizipieren alternativer Verwendungsmöglichkeiten von Neuschrott auf. 729 Zum Zeitpunkt des Verfassens dieser Arbeit hat die Datenbank in einer Alpha-Version vorgelegen.

ezgO

Verschnitt

ezgO

Werkstück l1

l2

A1

A2

112

Als Merkmale des Partialmodelles der ezgO für die Abmessungen werden die Fläche

A1 und der größte Abstand zweier Punkte l3 herangezogen. Als Merkmale zur Abbil-

dung der Proportionen und der Form dienen das Seitenverhältnis l2/l1 des kleinsten

umfassenden Rechteckes, welches das ezgO umschließt und das Flächenverhältnis

zwischen ezgO und dem kleinsten umfassenden Rechteck A1/A2. Durch die Berech-

nung einer geometrischen Distanzfunktion zwischen dem ezgO des Verschnittes und

dem des Werkstückes wird in der Datenbank nach geometrisch ähnlichen ezgO ge-

sucht. Bild 5-5 zeigt die grafische Benutzeroberfläche der Datenbank. Die Datenbank

sortiert das Ergebnis des Abgleiches anhand des individualisierten Distanzmaßes.

Bild 5-5: Die grafische Benutzeroberfläche der Datenbank

Übertragen auf das Antizipieren einer alternativen Verwendung des Fensterausschnit-

tes ist die Platine zur Fertigung der Abdeckung als Werkstück in die Datenbank imple-

mentiert worden. Eine Suche der Produktentwicklung der Fahrzeugtür anhand der

Merkmale des Fensterausschnittes hat als Suchergebnis die Platine als ezgO mit dem

geringsten berechneten Distanzmaß ausgegeben.

5.4 Anwendung der Methodik der Nachhaltigkeitsbilanzierung

Im Folgenden werden die Schritte der Methodik der Nachhaltigkeitsbilanzierung nach

Kapitel 4 am Beispiel der alternativen Verwendung des Fensterausschnittes durchge-

führt.

5.4.1 Das Ziel und der Untersuchungsrahmen

Das Ziel der Bilanzierung ist die Abschätzung der Nachhaltigkeit der antizipierten al-

ternativen Verwendung des Fensterausschnittes auf Grundlage der Grobgeometrie

des Claymodelles bzw. des Class-A-Modelles des Exterieurs auf der Konkretisierungs-

ebene des Konzeptes. Die Bilanzierung erfolgt über zwei Betrachtungsschwerpunkte.

Zum einen wird das Kostensenkungspotenzial durch die alternative Verwendung über

die Bearbeitungskosten des produktentwicklungsnahen Unternehmens abgeschätzt.

Zum anderen sind die Nachhaltigkeitsindikatorwerte zu bestimmen. Die ökonomischen

Durch

Auswahl des

Materiales, z.

B. DC04, er-

folgt eine

Über-nahme

der Stoffeigen-

schaften aus

dem

Datenblatt

Eingabe der

Parameter des

ezgO als

Grundlage des

Abgleiches.

Eingabe der

Parameter zur

Individualisie-

rung von Ver-

schnitt oder

Werkstück

Gewichtung

der einzelnen

Parameter für

die Suchan-

frage; Stan-

dardwert=1

Ausgabe der

Suchergebnis-

se nach be-

rechnetem

Distanzmaß

113

Anforderungen werden durch die Zielkosten von 42 € für die strukturrelevanten Bau-

teole der Tür bzw. die daraus resultierenden Materialkosten für den Rahmen von 8,66 €

(siehe Abschnitt A.3.1) festgelegt. Ökologische und gesellschaftliche Anforderungen

werden nicht definiert. Als prozessuale Einheit wird die Fertigung zum absetzbaren

Produkt festgelegt. Für die produktentwicklungsnahen Bearbeitungsprozesse sind da-

mit die Gegenstände Rahmen für die Tür und Fensterausschnitt zur alternativen Ver-

wendung730 gemeint. Der restliche Verschnitt731 und weitere Koppelprodukte wie die

Schlacke aus Frischungs- oder Reduktionsprozessen des betrachteten Produktle-

benslaufes werden in einer ersten Verwertung in den produktentwicklungsfernen

Transformationssystemen soweit ver-732 bzw. anschließend bearbeitet, dass Zement

bzw. der Fensterausschnitt als Flacherzeugnis vorliegen. Die Nachhaltigkeitsbilanzie-

rung wird um den Neuschrott, der während des ersten Verwertungskreislaufes und der

anschließenden Bearbeitung zu einem Flacherzeugnis hergestellt wird, abgeschnitten.

Die Systemgrenze der Bilanzierung wird aus Gründen fehlender Daten aus der Eisen-

erzgewinnung und der Transformationssysteme zur Verarbeitung des Eisenerzes zu

Konzentraten festgelegt. In der Bundesrepublik Deutschland wird weder Eisenerz ge-

wonnen noch wird das Erz zu Konzentraten verarbeitet.733 Nach TRIEBSKORN sind die

Hauptimportländer für Eisenerzkonzentrat Brasilien mit 55,4 %, Kanada mit 17 % und

Schweden mit 13,3 %.734 Für Kanada bzw. Schweden können zu den in Abschnitt 4.3

vorgestellten Partialmodellen Daten über das North American Industry Classification

System 212210 Iron ore mining bzw. über die Klassifikation 1310000 Järnmalm bezo-

gen werden. Für Brasilien735 als Hauptimportland sind diese Daten nicht verfügbar.736

Dadurch werden sämtliche Transformationssysteme, die nicht in Deutschland stattfin-

den, für die Ökono- und Soziosphäre abgeschnitten und nicht in der Bilanzierung be-

rücksichtigt. Die Berücksichtigung der Wirkung nicht in Deutschland ver- oder bearbei-

teter Materialien auf die Ökosphäre ist mit dem Partialmodell der Ökosphäre konsistent

(vgl. Abschnitt 3.2). Entsprechend werden agglomerierte Erze über die Betrachtungs-

grenze als Eingangsfluss transportiert. Zudem werden Materialien, die nicht unmittel-

bar mit den Transformationssystemen des Produktlebenslaufes über Flüsse in Verbin-

dung stehen, abgeschnitten. Das betrifft beispielsweise die Gewinnung von Gips zur

730 Nach Abschnitt 3.1 entspricht die Verwertung des Verschnittes einer Verwertung des Stoffes. Die Verwendung ist mit der Bearbeitung von Gegenständen gleichzusetzen. 731 Hier wird die Annahme getroffen, dass der Verschnitt als Kühlschrott mit einem Gewichtsanteil von 18 % nach BMUB 2010, S. 4 dem schmelzflüssigen Eisen vor dem Frischungsprozess zugeführt wird. Nach o. V. 1998b, S. 13/3 kann der Anteil des Schrottes bis 22 % betragen. 732 Nach Schenk 1998, S. 215, Economic Commission for Europe 1993, S. 74f. und Walter und Pearce 1978, S. 223 werden Tiefziehstähle über die Hochofenroute hergestellt. 733 Statistisches Bundesamt 2014, S. 9; Statistisches Bundesamt 2014, S. 17 734 Triebskorn 2012, S. 337 735 Brasilien hat nach Malik 2014, S. 161 einen HDI von 0,744 und gehört somit zu den Staaten mit hohem Index für die menschliche Entwicklung (vgl. Abschnitt 3.2.3). 736 Neben der Recherche in deutscher und englischer Sprache sind u. a. folgende portugiesischen Suchbegriffe für die Recherche beim brasilianischen statistischen Bundesamt Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística und in anderen Quellen in verschiedenen Kombinationen und Deklinationen verwendet worden: minério de ferro portugie-sisch für Eisenerz, estatística portugiesisch für Statistik, Serviço de Estatística empregado portugiesisch für Be-schäftigte, produção bzw. volume de produção portugiesisch für Produktion bzw. Produktionsmenge, volume de negócios portugiesisch für Umsatz, produtividade do trabalho portugiesisch für Arbeitsproduktivität, toneladas por-tugiesisch für die Masseneinheit Tonne oder die brasilianische Währung Real, plural Réis bzw. BRL und R$.

114

Herstellung von Zement aus der Schlacke der Verarbeitung des Erzes zu einem Stahl-

werkstoff. Zudem werden die Transportprozesse nicht berücksichtigt, da sie unabhän-

gig von der alternativen Verwendung stattfinden. Für die Bilanzierung des Konzeptes

wird zusätzlich davon ausgegangen, dass sämtliche Materialflüsse der Fabrikations-

prozesse, die nicht Bestandteil des zu entwickelnden Produktes sind, bereits in den

verfügbaren Daten aus den in Abschnitt 4.3 genannten Quellen aggregiert worden

sind.737 Zudem hat die alternative Verwendung des Fensterausschnittes keine Wirkung

auf die Nutzungs- und Kreislaufprozesse nach der Nutzung. Sie sind unabhängig von

der alternativen Verwendung und sind äquivalent zu den Nutzungs- und Kreislaufpro-

zessen des Rahmens sowie der Abdeckung aus fabrikneuen Flacherzeugnissen.

5.4.2 Antizipieren der Transformationssysteme

In Anlehnung an Abschnitt 3.1 wird in diesem Beispiel bei dem Antizipieren von Trans-

formationssystemen zwischen der Verarbeitung und der Bearbeitung unterschieden.

Zur Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte im nächsten Arbeitsschritt werden die

Material- und Energieflüsse der Transformationssysteme antizipiert. Dabei werden

ausgehend von dem Partialmodell der Technosphäre nach Abschnitt 3.1 die relevan-

ten Transformationssysteme innerhalb und außerhalb des Lebenslaufes des zu entwi-

ckelnden Türrahmens entsprechend der Informationsverfügbarkeit auf den Abstrak-

tionsebenen des Prozessmodelles nach Abschnitt 4.5 individualisiert.

5.4.2.1 Antizipieren der Referenz

Durch die Lieferverträge ist zu Beginn des Teilprozesses des Konzipierens die pro-

duktentwicklungsnahe Bearbeitung eines Flacherzeugnisses zu dem Fahrzeugrah-

men auf der Konkretisierungsebene des Konzeptes des Bauteiles a (ka) in Form des

Class-A-Modelles festgelegt. Zunächst wird der produktentwicklungsnahe Bearbei-

tungsprozess des zu entwickelnden Türrahmens über die Servopressen als Operato-

ren mit der Bezeichnung Pressenstraße antizipiert (vgl. Bild 5-6 entsprechend Ab-

schnitt 5.1).

Bild 5-6: Das produktentwicklungsnahe Transformationssystem738 der Pressenstraße zur Bearbeitung des Flacherzeugnisses zu einem Türrahmen als Referenz

737 Somit gelten hier die Abschneidekriterien, die bei der Synthese der Daten festgelegt worden sind. 738 Die Nomenklatur der Zustände entsprechend den Indizes nach Abschnitt 4.3.

Emech

Servo-

presse

Elektrizität

Emech

Scher-

schneiden

Trennen

Tiefziehen

Zugdruck-

umformen

Flacher-

zeugnis

Servo-

presse

Elektrizität

ZoSpE,ka ZoSpZ,ka

Nachhaltigkeits-

indikatorwerte

Tür-

rahmen

Neuschrott

ZoSpA,ka

115

Für das Transformationssystem wird zur zweckdienlichen Änderung des Flacherzeug-

nisses zu dem Fahrzeugtürrahmen ausschließlich Energie durch den Torquemotor der

Servopresse gewandelt. Durch die am Flacherzeugnis verrichtete mechanische Arbeit

wird das Flacherzeugnis tiefgezogen und nicht benötigtes Material schergeschnitten.

Tabelle 5-1 beinhaltet die antizipierten spezifischen Flüsse an Energie und Material.

Tabelle 5-1: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Rahmen739 der Referenz

Material i Spez.

Menge Einheit Quelle/Vereinfachungen/Verkürzungen

Flacherzeugnis 2,193 kg/kg

Nach Birkert et al. 2013, S. 506 hat die Ferti-

gung von Türrahmen einen Materialausnut-

zungsgrad von 45,6 %.

Elektrizität 4,14x10-6 TJ/kg

Berechnet über mittleren Energieumsatz

einer Pressenstraße mit sechs Servopressen

nach Birkert et al. 2013, S. 451f. in Joule

Neuschrott 1,193 kg/kg

Türrahmen 1 kg

Das Transformationssystem zur Bearbeitung des Flacherzeugnisses zu der Abde-

ckung (ab) auf der Konkretisierungsebene des Konzeptes (kab) wird in Bild 5-7 ent-

sprechend Abschnitt 5.1 modelliert. Die Operanden der Bearbeitung des Flacherzeug-

nisses zu der Abdeckung sind nicht bekannt. Es wird angenommen, dass die Prozesse

durch die gleichen Verfahren wie bei der Bearbeitung des Türrahmens realisiert wer-

den.

Bild 5-7: Das produktentwicklungsferne Transformationssystem aus Verfahren zur Bearbeitung des Flacherzeugnisses zu der Abdeckung (Fertigung ab) als Referenz

Ausgehend von dem Flacherzeugnis wird zunächst als Halbfertigteil eine Platine aus

dem Flacherzeugnis schergeschnitten, die anschließend stufenweise zu dem Fertigteil

tiefgezogen und schergeschnitten wird. Tabelle 5-2 fasst die spezifischen Material-

und Energiemengen je Kilogramm Abdeckung zusammen.

739 Aus Gründen der Konsistenz mit der Ökobilanz werden keine absoluten Materialflüsse je Ausgangsmenge an-gegeben. Diese werden durch die Multiplikation mit der globalen Variablen berechnet, was während der Synthese in Abschnitt 5.4.3 erfolgt. Die Multiplikation ergibt die Mengen an Material oder Energie der Formeln in Abschnitt 4.3. Somit sind die Werte auf Grundlage der Literatur auf andere Probleme übertrag- und damit operationalisierbar (vgl. Abschnitt 4.5).

116

Tabelle 5-2: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Abdeckung der Referenz

Material i Spez.


Flacherzeugnis 1,6 kg/kg Annahme

Elektrizität740 2,07x10-6 TJ/kg

Annahme einer Pressenstraße mit drei Ser-

vopressen nach Birkert et al. 2013, S. 451f.

in Joule


Abdeckung 1 kg

Die produktentwicklungsfernen Transformationssysteme zur Ver- und Bearbeitung von

Materialien zu dem Flacherzeugnis werden ebenfalls antizipiert. Sie unterscheiden

sich zwischen Türrahmen und der Abdeckung nicht. Da für die Fertigung von Karos-

serien ausschließlich kaltgewalzte Bleche als Flacherzeugnisse bearbeitet werden,741

sind die Verarbeitung von Erzen und die anschließende Bearbeitung zum Flacher-

zeugnis antizipierbar.

Bild 5-8 modelliert das Transformationssystem der Verarbeitung des Eisenerzes zu

einem schmelzflüssigen Stahlwerkstoff.

Bild 5-8: Die Verarbeitung von Eisenerz zu einem schmelzflüssigen Stahlwerkstoff durch Prozesse; mit * markierte Flüsse werden nicht in Deutschland gewonnen oder verarbeitet

Das Eisenerz wird zunächst durch Schweröl und Steinkohle als Energieträger, dem

Branntkalk als Zuschlag und dem Wasser742 zum Kühlen der Reduktionsanlage aus

anderen Produktlebensläufen der Technosphäre zu einem schmelzflüssigen Eisen-

werkstoff743 reduziert. Weder das Eisenerz (vgl. Abschnitt 5.4.1) noch das Schweröl744

740 Die benötigte Elektrizität ist in diesem Beispiel auf der Abstraktionsebene von Verfahren antizipierbar. Sie ist

nicht mit der Wirkgröße eines Operatoren zu verwechseln. 741 Birkert et al. 2013, S. 29 742 Es werden aus Gründen der Übersichtlichkeit die Transformationssysteme auf Prozessebene der Technosphäre nicht abgebildet. Sie werden entsprechend dem Verkürzungsmerkmal der unmittelbaren Verbindung durch Mate-rialflüsse mit dem Produktlebenslauf des zu entwickelnden Produktes nach Abschnitt 5.4.1 berücksichtigt und in Bild A-2 und Bild A-3 dargestellt (siehe auch Tabelle 5-16). 743 In der Literatur und im allgemeinen Sprachgebrauch wird der Begriff Roheisen verwendet. Aufgrund des Ver-ständnisses des Adjektives roh nach Abschnitt 2.1.2, wird in dieser Arbeit schmelzflüssiges Eisen als Bezeichnung für den Stoff aus der Eisenherstellung verwendet. 744 Statistisches Bundesamt 2014, S. 93f.

ZvReE,kEisenerz*

Schweröl*

Steinkohle*

Wasser

Branntkalk

Schmelzen Behandeln

Elektrizität

Wasser

Sauerstoff

Branntkalk

Neuschrott

Eisen StahlZvFrE,k ZvFrA,k

Nachhaltigkeits-

indikatorwerte

Schlacke Schlacke

ZvReA,k

Neuschrott

Reduzieren Frischen

117

und die Steinkohle745 werden in Deutschland gewonnen oder verarbeitet. Die Bauart

des Hochofens bzw. des Cowpers als Operatoren sind nicht antizipierbar. Tabelle 5-3

fasst die antizipierten spezifischen Flussmengen zur Herstellung eines Kilogrammes

schmelzflüssigen Eisens zusammen.

Tabelle 5-3: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Eisen

Material i Spez.


Eisenerz 1,616 kg/kg BUMB 2008, S. 4, um Mineralstoffe zur Pal-

letherstellung verkürzt, Eisenpellets und -erz

und -sinter unter Eisenerz zusammenge-

fasst, Steinkohle-DE-Koks und Steinkohle-

DE-Vollwert-subv-2010 unter Steinkohle zu-

sammengefasst.

Schweröl 9,66x10-7 TJ/kg

Steinkohle 1,31x10-5 TJ/kg

Wasser 5,24 kg/kg

Branntkalk 0,03 kg/kg

Schlacke 0,12 kg/kg Marincek 1964, S. 125

Eisen 1 kg

Ca. 97 % des in Deutschland hergestellten schmelzflüssigen Eisens wird in der Stahl-

herstellung verarbeitet.746 Das schmelzflüssige Eisen wird durch die Zugabe von Neu-

schrott als Recyclat, Branntkalk, Sauerstoff und Wasser zur Kühlung des Operators zu

einem schmelzflüssigen Stahlwerkstoff gefrischt. Der Neuschrott dient als sog. Kühl-

schrott zur Kühlung des exothermen Frischungsprozesses. Der Kühlschrott wird auf-

grund seiner Eigenschaften als Qualitätsschrott bezeichnet.747 Der Schrott kann aus

der Stahlherstellung selbst748, dem betrachteten oder einem anderen Produktlebens-

lauf stammen. Wie bei der Reduktion sind die Operatoren nicht antizipierbar. Aufgrund

der in Abschnitt 5.4.1 definierten prozessualen Einheit werden zwei Fälle unterschie-

den und antizipiert:

1. Der Neuschrott aus anderen Produktlebensläufen dient zur Herstellung des

Stahles für die Fertigung des Längserzeugnisses der Abdeckung und des Tür-

rahmens. Dieser Fluss an Neuschrott ist unabhängig von den antizipierten

Transformationssystemen.

2. Der Neuschrott aus dem betrachteten Produktlebenslauf wird im ersten Kreis-

lauf zu Flacherzeugnissen verarbeitet. Der Fluss an Neuschrott ist abhängig

von den antizipierten Transformationssystemen.

745 Statistisches Bundesamt 2014, S. 16 746 Ghenda 2011, S. 53 747 o. V. 1998a, S. 8/6; Rehkopf 2006, S. 19 748 Das Verwerten des Eigenschrottes ist durch BMUB 2010, S. 4 nicht berücksichtigt worden.

118

In Tabelle 5-4 sind die antizipierten spezifischen Material- und Energieflüsse des Fri-

schens zu finden.

Tabelle 5-4: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Stahl

Material i Spez.


Eisen 0,934 kg/kg

BMUB 2010, S. 4, um Refraktär-Keramik ver-

kürzt

Elektrizität 5x10-8 TJ/kg

Sauerstoff 0,07 kg/kg


Wasser 3 kg/kg

Branntkalk 0,05 kg/kg

Schlacke 0,12 kg/kg Rehkopf 2006, S. 22

Stahl 1 kg

Sowohl aus dem Reduktions- als auch aus dem Frischungsprozess wird Schlacke zu

anderen Produktlebensläufen transportiert. Für dieses Beispiel wird angenommen,

dass sie zur Herstellung von Hüttenzement749 über das Trockenverfahren750 verwertet

wird (vgl. Abschnitt 5.4.1). Unter der Umsetzung von elektrischer Energie werden die

Schlacke, der Kalkmergel und der Gips in Mühlen gemahlen und anschließend in Öfen

gebrannt. Das Ergebnis dieser Transformation ist der fertige Zement, der anderen Pro-

duktlebensläufen zur Verfügung gestellt wird.

Bild 5-9: Die Verwertung der Schlacke zur Herstellung von Zement

749 Je nach Art des Zementes kann nach DIN 1164-10, S. 7 der Schlackeanteil über 50 % betragen; Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie 2014, S. 8 hat einen Anteil von 56 % bilanziert. 750 Nach Neumann 1939, S. 518 wird das Herstellen von Zement aus Schlacke, Gips und Kalk durch das Trocken-verfahren (Tr) realisiert.

ZvTrE,k

Schlacke

Kalkmergel

Gips

Elektrizität

Herstellung

von Zement

Nachhaltigkeits-

indikatorwerte

ZvTrA,k

Hütten-

zement

Trocken-

verfahren

119

Tabelle 5-5 fasst die spezifischen Material- und Energieflüsse zur Herstellung eines

Kilogrammes Zement zusammen.

Tabelle 5-5: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Zement

Material i Spez.


Elektrizität 3,25x10-7 TJ/kg BMUB 2015, S. 4

Gips 0,04 kg/kg

Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Ener-

gie 2014, S. 8, wird aufgrund der Randbedin-

gung eines unmittelbaren Materialflusses

nach Abschnitt 5.4.1 abgeschnitten

Kalkmergel 0,4 kg/kg Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Ener-

gie 2014, S. 8 Schlacke 0,56 kg/kg

Zement 1 kg

Der hergestellte schmelzflüssige Stahl wird anschließend über die urformenden und

umformenden Prozesse zu dem Flacherzeugnis bearbeitet (vgl. Bild 5-10).

Bild 5-10: Die Bearbeitung von schmelzflüssigem Stahl zu dem Flacherzeugnis durch Verfahren751

Aufgrund der festgelegten kaltgewalzten Flacherzeugnisse sind die Transformations-

systeme über die Verfahren antizipierbar. Zudem werden in Deutschland ca. 97 % des

hergestellten schmelzflüssigen Stahles durch das Fertigungsverfahren Stranggießen

urgeformt.752 Das Stranggießen transformiert den formlosen Werkstoff zu einem ferti-

gungstechnisch bearbeitbaren Gegenstand.753 Dabei fließt der schmelzflüssige Stahl

durch eine mit Wasser gekühlten Operator und es bildet sich eine erstarrte Strang-

schale.754 Der Operator des Verfahrens, beispielsweise Kokille oder Kaltkammer, ist

nicht antizipierbar. Mithilfe von elektrisch angetriebenen Treibrollen wird der Strang

gezogen und somit kann schmelzflüssiger Stahl weiter nachfließen. Der Strang wird

aktiv durch Wasser und passiv über freie Konvektion gekühlt. Ist der Strang völlig er-

starrt, werden Brammen getrennt. Zusätzlich zu den Brammen entsteht Schrott in

Form der Anfangs- und Endstücke eines Stranges. Sie werden zum Frischen nach

751 Das Stranggießen ist nach BMUB 2002 um entsorgte, nicht gefährliche Abfälle und entsorgte radioaktive Abfälle verkürzt. Das Kaltwalzen nach BMUB 2011 ist um gefährliche Abfälle zur Deponie, entsorgte, nicht gefährliche Abfälle, entsorgte radioaktive Abfälle und Stoffe für die Energierückgewinnung verkürzt. 752 Wirtschaftsvereinigung Stahl Stahlinstitut VDEh 2013, S. 13 753 DIN 199 Blatt 1, S. 12 754 Weissbuch 2006, S. 4ff.

Elektrizität

Wasser

Urformen

Stranggießen

Elektrizität

Wasser

BrammeZvSgE,k ZvSgA,k ZvFlwE,k ZvFlwE,k

Flach-

erzeugnis

NeuschrottNachhaltigkeits-

indikatorwerte

Stahl

Flachlängs-

walzen von

Vollkörpern

Druck-

umformen

120

Bild 5-8 geleitet. Tabelle 5-6 fasst die antizipierten spezifischen Flüsse der Bearbei-

tung des schmelzflüssigen Stahles zu Brammen zusammen.

Tabelle 5-6: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Bramme

Material i Spez.


Stahl 1,267 kg/kg BMUB 2002, Energien zusammengefasst,

Einsatz von Sekundärstoffen durch Neu-

schrott ersetzt

Wasser 1271 kg/kg


Neuschrott 0,267 kg

Bramme 1 kg

Anschließend werden die Brammen zu Flacherzeugnissen druckumgeformt.755 Der

Prozess des Druckumformens wird durch das Verfahren Flach-Längswalzen von Voll-

körpern realisiert.756 Dabei wird die Bramme vor dem Walzen über die Rekristallisa-

tionstemperatur erwärmt.757 Der durch das Erwärmen entstandene Ofenzunder wird

mit einem Zunderwäscher mithilfe von Presswasser entfernt.758 Anschließend erfolgt

das mehrstufige Walzen in sogenannten Gerüsten.759 Die Bauart, die Anzahl und die

Anordnung der Gerüste sind nicht antizipierbar. Durch das Glühen nach dem Kaltwal-

zen werden die mechanischen Eigenschaften des Kaltbandes für den Türrahmen,

bspw. nach DIN EN 10130760, eingestellt. Zur Konfektionierung des Bandes erfolgt ein

Zerteilprozess, der durch Messerschneiden761 realisiert wird.762 Der Prozess der Kalt-

bandfertigung erzeugt das fertige Band zur Fertigung des Türrahmens sowie der Ab-

deckung und den Neuschrott in Form von Säumen. Der Materialnutzungsgrad der Kalt-

bandfertigung beträgt, bezogen auf die Brammenmasse, zwischen 83 % bei Schmal-

bändern und 86,5 % bei Breitbändern.763 Der Neuschrott wird zu dem Frischen nach

Bild 5-8 transportiert. Die spezifischen Mengen der Materialien und Energien sind Ta-

belle 5-7 zu entnehmen.

Tabelle 5-7: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Flacherzeugnis

Material i Spez.


Bramme 1,135 kg/kg Müller 1991, S. 170

Elektrizität 5,5x10-5 TJ/kg BMUB 2011, Energien zusammengefasst,

um Einsatz von Sekundärstoffen verkürzt Wasser 1271 kg/kg


Flacherzeugnis 1 kg

755 Birkert et al. 2013, S. 29f. 756 DIN 8583 Blatt 2, S. 4 757 Specht und Becker 2014, S. M 23f. 758 Kneppe 2012, S. 142 759 Kneppe 2012, S. 136ff. 760 DIN EN 10130, S. 11 761 DIN 8588, S. 5 762 Mathewis und Pawelski 2012, S. 158 763 Müller 1991, S. 170

121

5.4.2.2 Antizipieren der alternativen Verwendung

Bei der alternativen Verwendung des Fensterausschnittes der Rahmenfertigung durch

die Fertigung der Abdeckung nach Abschnitt 5.1 ändern sich die antizipierten Trans-

formationssysteme der Herstellung des Eisens und des Stahles nach Bild 5-8 und der

Fertigung der Bramme und des Längserzeugnisses nach Bild 5-10 nicht.764 Änderun-

gen erfahren die Transformationssysteme der Rahmenfertigung (vgl. Bild 5-11) und

der Fertigung der Abdeckung über die Materialein- und -ausgänge.

Bild 5-11: Das produktentwicklungsnahe Transformationssystem der alternativen Verwendung der Pres-senstraße zur Bearbeitung des Flacherzeugnisses zu einem Türrahmen und der Platine

Das Transformationssystem der Rahmenfertigung ändert sich durch die Bearbeitung

des Flacherzeugnisses zu der Platine anstelle eines Anteiles des Neuschrottes. Dabei

ändern sich die Verhältnisse zwischen den spezifischen Mengen gefertigter Gegen-

stände und denen des hergestellten Neuschrottes als Stoff.

Tabelle 5-8 fasst die spezifischen Flüsse der antizipierten alternativen Verwendung

zusammen. Im Vergleich zu Tabelle 5-1 sinkt die spezifische Menge erzeugten Neu-

schrottes um 20 %.

Tabelle 5-8: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Rahmen der alternativen Ver-wendung

Material i Spez.


Flacherzeugnis 2,193 kg/kg Siehe Tabelle 5-1

Elektrizität 4,14x10-6 TJ/kg Siehe Tabelle 5-1

Platine 0,23 kg/kg Fn. 696


Türrahmen 1 kg/kg

Durch die Nutzung der Synergien zwischen der Rahmenfertigung und der Fertigung

der Abdeckung ändert sich das Transformationssystem zur Fertigung der Abdeckung.

764 Dass weniger Neuschrott durch die alternative Verwendung zum Frischen transportiert wird, wird nach Fuß-note 708 in der Synthese berücksichtigt, das ändert an den antizipierten spezifischen Mengen nichts.

Emech

Servo-

presse

Elektrizität

Emech

Scher-

schneiden

Trennen

Tiefziehen

Zugdruck-

umformen

Flacher-

zeugnis

Servo-

presse

Elektrizität

ZoSpE,ka ZoSpZ,ka

Nachhaltigkeits-

indikatorwerte

Tür-

rahmen

Neuschrott

Platine

ZoSpA,ka

122

Durch den Transport der Platinen aus Bild 5-11 an die Fertigung der Abdeckung wird

der erste Trennprozess eingespart (vgl. Bild 5-12).

Bild 5-12: Das produktentwicklungsferne Transformationssystem aus Verfahren zur Bearbeitung der Pla-tine zu der Abdeckung der alternativen Verwendung

Das führt nicht nur zur Einsparung eines Prozessschrittes des Transformationssyste-

mes zur Fertigung der Abdeckung sondern auch zu der Verringerung des erzeugten

Neuschrottes um 92 % im Vergleich zu Tabelle 5-2 (vgl. Tabelle 5-9).

Tabelle 5-9: Antizipierte spezifische Flüsse an Energie und Material je kg Abdeckung des Referenzprozes-ses

Material i Spez.



Annahme einer Pressenstraße mit zwei Ser-

vopressen nach Birkert et al. 2013, S. 451f.

in Joule

Neuschrott 0,05 kg/kg Fn. 696 und 697

Platine 1.05 kg/kg Fn. 696

Abdeckung 1 kg

Mit den Informationen aus Tabelle 5-1 bis Tabelle 5-9 ist es der Produktentwicklung in

der Synthese durch die Multiplikation der spezifischen Mengen mit der Rahmenmasse

als globale Variable mit den Charakterisierungsfaktoren möglich, die Nachhaltigkeits-

indikatorwerte zu individualisieren. Die noch fehlenden Nachhaltigkeitscharakterisie-

rungsfaktoren nach Formeln (15) bis (21) werden während der Synthese der Nachhal-

tigkeitsindikatorwerte im nächsten Schritt individualisiert.

5.4.3 Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte

Die Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte setzt sich aus zwei Prozessschritten

zusammen. Ausgehend von den antizipierten Transformationssystemen, modelliert

über die spezifischen Material- bzw. Energieflüsse und die jeweiligen Prozesse, Ver-

fahren oder Operatoren aus Kapitel 5.4.2, werden zunächst die Charakterisierungs-

faktoren individualisiert. Sie sind konsistent zu den modellierten Transformationssys-

temen bezüglich der Annahmen und der Systemgrenze, repräsentiert durch die Ein-

und Ausgangsflüsse. Anschließend werden die antizipierten spezifischen Flüsse über

die globale Variable und die Charakterisierungsfaktoren entsprechend Formel (14) für

ZvTzA,kab

Ab-

deckung

Neuschrott

Platine

Tiefziehen

Zugdruck-

umformen

Scher-

schneiden

Trennen

Elektrizität Elektrizität

ZvTzE,kab ZvSs‘A,kabZvSs‘E,kab

=

Nachhaltigkeits-

indikatorwerte

123

die ökonomische, ökologische und gesellschaftliche Sphäre individualisiert. Diese

Schritte erfolgen sowohl für die Referenz als auch für die alternative Verwendung.

Die Charakterisierungsfaktoren der Nachhaltigkeitsindikatorwerte für die Ökosphäre

sind durch die Material-Intensität der MIPS nach Formel (15) bereits vorhanden (vgl.

Tabelle 5-10).

Tabelle 5-10: Die ökologischen Charakterisierungsfaktoren der in Abschnitt 5.4.2 antizipierten Transfor-mationssysteme

Material i MIti,k Ein-

heit Quelle765/Anmerkung

abiot. biot. Wasser Luft

Branntkalk 3,12 0 12,76 0,10 kg/kg

Eisenerz 3,41 0 6,62 1,03 kg/kg Ritthoff et al. 2002,

S. 48

Elektrizität 875x103 11x103 16x106 143x103 kg/TJ

Sauerstoff 2,58 0 137,02 1,7 kg/kg

Schweröl 32x103 0 228x103 76x103 kg/TJ

Diesel766 mit Verbren-

nung, umgerechnet in

Joule

Steinkohle 83x103 0 358x103 90x103 kg/TJ mit Verbrennung

Wasser 0,01 0 1,3 0 kg/kg

Zement 2,2 0 21,31 0,25 kg/kg

Die Charakterisierungsfaktoren der Flüsse der Nachhaltigkeitsindikatorwerte zur

Ökono- und Soziosphäre des produktentwicklungsnahen Transformationssystemes

der Pressenstraße entsprechend Formeln (16) bis (21) sind der Produktentwicklung

i. d. R. bekannt. Sie ergeben sich für die gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren

aus den verfügbaren Informationen der Personaleinsatzplanung (vgl. Abschnitt 4.3)

und für die ökonomischen Charakterisierungsfaktoren aus der Finanzwirtschaft (vgl.

Kapitel 3.2.2.1). Tabelle 5-11 fasst die für die Betrachtung der ökonomischen Indika-

torwerte der Pressenstraße benötigten ökonomischen Charakterisierungsfaktoren zu-

sammen.

765 Bis auf den Fluss an Eisenerz sind sämtliche Materialintensitäten beim Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie 2014, S. 1ff. zu finden. 766 Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie 2014, S. 4 stellt keine Informationen bezüglich der Bereitstellung von Schweröl zur Verfügung. Hier wird stattdessen auf Diesel zurückgegriffen, da es in der Rektifikationskolonne nach dem Schweröl kondensiert.

124

Tabelle 5-11: Ökonomische Charakterisierungsfaktoren des produktentwicklungsnahen Transformations-systemes Pressenstraße767

Ökonomische Charakte-

risierungsfaktoren

Ein-

heit Quelle/Anmerkung

bkFerz,oSp 0,431 €/kg

Kehrwert der Arbeitsproduktivität nach Ta-

belle A-2 für sechs Pressen multipliziert mit den

Beschäftigungskosten von 69394,29 €768

ekFerz_oSp 234 €/TJ eurostat 2015, in Joule umgerechnet

mkFerz_oSp 0,73 €/kg Abschnitt A.3.1

rka,oSp 0,14 €/kg

Quotient aus Kostenanteil Rest von 11,10 %

und Material von 0,58 % für Wz 29.20 Herstel-

lung von Karosserien, Aufbauten und Anhän-

gern nach Statistisches Bundesamt 2015f,

S. 305 multipliziert mit mkFerz_oSp

spNs,oSp 0,26 €/kg Tabelle A-1

spa,oSp 33,92 €/kg

Listenpreis abzüglich der Handelsspanne über

das Gewicht des Türrahmens spezifiziert nach

Abschnitt A.3.1

Entsprechend Abschnitt 4.5 wird auf Operatorebene der Charakterisierungsfaktor der

spezifischen restlichen Kosten aus Formel (19) durch die Finanzwirtschaft des pro-

duktentwicklungsnahen Unternehmens bereitgestellt.

Tabelle 5-12 fasst die für die Betrachtung der gesellschaftlichen Indikatorwerte des

produktentwicklungsnahen Transformationssystemes benötigten Charakterisierungs-

faktoren zusammen.

Tabelle 5-12: Gesellschaftliche Charakterisierungsfaktoren des produktentwicklungsnahen Transforma-tionssystemes Pressenstraße

gesellschaftliche Cha-

rakterisierungsfaktoren

Ein-


bFerz,oSp 6,210x10-6 1/kg Kehrwert der Arbeitsproduktivität nach Ta-

belle A-3

vFerz,oSp 3,697x10-3 Tag/kg

Kehrwert der Arbeitsproduktivität nach Ta-

belle A-3 multipliziert mit dem Verhältnis aus

dem Bruttojahresverdienst769 und den Lebens-

unterhaltskosten nach Abschnitt 4.3.1.3

Die Charakterisierungsfaktoren aus Tabelle 5-11 und Tabelle 5-12 haben sowohl für

die Referenz nach Bild 5-11 als auch die alternative Prozesskette nach Bild 5-6 Gül-

tigkeit.

767 Flacherzeugnis – Ferz; Neuschrott – Ns 768 Nach Statistisches Bundesamt 2015g, S. 4 beträgt der durchschnittliche Bruttoverdienst im produzierenden Ge-werbe 4048 € pro Monat, angenommen wird ein Verhältnis von Bruttolohn zu Beschäftigungskosten von 70 %. 769 a. a. O. Fn. 768

125

Für das produktentwicklungsferne Transformationssystem der Fertigung der Abde-

ckung nach Bild 5-7 ändern sich die ökologischen und gesellschaftlichen Charakteri-

sierungsfaktoren von der Referenz nach Bild 5-7 hin zur alternativen Prozesskette

nach Bild 5-12. Tabelle 5-13 fasst die ökonomischen Charakterisierungsfaktoren der

Referenz zur Fertigung der Abdeckung nach Bild 5-7 zusammen. Nach Abschnitt 4.5

ist ein Antizipieren der spezifischen restlichen Kosten aus Formel (19) auf der Verfah-

rensebene nicht zweckmäßig.770

Tabelle 5-13: Ökonomische Charakterisierungsfaktoren des Referenzprozesses Fertigung ab


risierungsfaktoren

Ein-


bkFerz,vTz 0,988 €/kg

Mittelwert der Kehrwerte der Arbeitsproduktivitä-

ten nach Tabelle A-2 multipliziert mit den Be-

schäftigungskosten von 69394,29 €771

ekFerz,vTz 234 €/TJ

Tabelle 5-11 mkFerz,vTz 0,73 €/kg

spNs,vSs‘ 0,26 €/kg

spab,vSs‘ 25 €/kg Fn. 697

Tabelle 5-14 fasst die gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren des Referenzpro-

zesses der Fertigung der Abdeckung nach Bild 5-7 zusammen.

Tabelle 5-14: Gesellschaftliche Charakterisierungsfaktoren des Referenzprozesses Fertigung ab



Ein-


bFerz,Fertigung ab_r 1,504x10-6 1/kg Mittelwert der Kehrwerte der Arbeitsproduktivi-

täten nach Tabelle A-2 für drei Pressen

vFerz,Fertigung ab_r 8,953x10-3 Tag/kg

Mittelwert der Kehrwerte der Arbeitsproduktivi-

täten nach Tabelle A-2 multipliziert mit dem

Verhältnis aus dem Bruttojahresverdienst772

und den Lebensunterhaltskosten nach Ab-

schnitt 4.3.1.3

770 Gemäß Abschnitt 4.5 wird für das Antizipieren der Fertigung der Abdeckung (Fertigung ab) über mehrere Ope-randen nach Tabelle A-2 aggregiert. 771 a. a. O. Fn. 768 772 a. a. O. Fn. 768

126

Die Substitution des Flacherzeugnisses durch die Platinen aus der Pressenstraße führt

zu einer Einsparung des ersten Trennprozesses zur Fertigung der Platine. Ta-

belle 5-15 fasst die ökonomischen Charakterisierungsfaktoren der alternativen Ferti-

gung der Abdeckung nach Bild 5-12 zusammen.

Tabelle 5-15: Ökonomische Charakterisierungsfaktoren der alternativen Fertigung ab


risierungsfaktoren

Ein-


bkFerz,vSs‘ 1,482 €/kg

Mittelwert der Kehrwerte der Arbeitsproduktivitä-

ten nach Tabelle A-2 für zwei Pressen multipliziert

mit den Beschäftigungskosten773

ekFerz,vSs‘ 234 €/TJ

Tabelle 5-11 mkPlatine,vSs‘ 0,73 €/kg

spNs,vSs‘ 0,26 €/kg

spab,vSs‘ 25 €/kg Tabelle 5-13

Die gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren ändern sich im Vergleich zur Refe-

renz nicht, da die Produktivität eines Mitarbeitenden nicht von der Anzahl der Prozess-

schritte bzw. der Operanden abhängig ist. Im Vergleich zur Fertigung der Abdeckung

aus fabrikneuem Flacherzeugnis werden zur Fertigung der Abdeckplatte aus Fenster-

ausschnitten weniger Pressen und damit weniger personengebundene Leistungen

bzw. Anwendende benötigt.

Die Individualisierung der Charakterisierungsfaktoren der Ökono- und Soziosphäre der

restlichen produktentwicklungsfernen Transformationssysteme erfolgt ebenfalls für

Formeln (16) bis (21). Sie unterscheiden sich zwischen der antizipierten Referenz und

der alternativen Verwendung nicht. Sie sind der Produktentwicklung i. d. R. nicht be-

kannt (vgl. Abschnitt 4.2). Für die Synthese der ökonomischen und gesellschaftlichen

Charakterisierungsfaktoren der antizipierten Transformationssysteme wird in diesem

Beispiel auf in Deutschland erhobene statistische Informationen unterschiedlicher

Wirtschaftszweige (Wz) nach STATISTISCHES BUNDESAMT zurückgegriffen. Wirtschafts-

zweige werden als wirtschaftliche Tätigkeiten verstanden,774 die anhand von Merkma-

len der transformierten Materialien klassifiziert775 und über Ähnlichkeiten der Transfor-

mationsprozesse aggregiert sind776. Durch die Verkürzung um Organisationseinheiten,

Organisationsformen und Standorte und der verfahrensunabhängigen bzw. von Ope-

randen unabhängigen Betrachtungen von Transformationssystemen ist die Modellie-

rung der Prozess- bzw. Verfahrensebene über Wirtschaftszweige sowohl mit dem Par-

tialmodell der Technosphäre nach Abschnitt 3.2 als auch mit dem Verständnis des

Antizipierens von Transformationssystemen nach Abschnitt 4.2 konsistent. Die Wirt-

schaftszweige werden von Abschnitten, über Gruppen, Abteilungen und Klassen nach

773 a. a. O. Fn. 768 774 Statistisches Bundesamt 2008, S. 9 775 Statistisches Bundesamt 2008, S. 20 776 Statistisches Bundesamt 2008, S. 19

127

Unterklassen konkretisiert.777 Weitere Vorteile sind die Dauerhaftigkeit und Aktualität

der Daten. Die Klassifizierung auf Grundlage ähnlicher Transformationssysteme über-

decken sich z. T. nicht mit den Teilprozessen des Produktlebenslaufes nach Bild 3-2.

Hier wird die in Abschnitt 2.1.2 bereits erwähnte inkonsistente Systematisierung der

Teilprozesse des Produktlebenslaufes deutlich. Z. B. aggregiert die Gruppe Wz 24.1

Erzeugung von Roheisen, Stahl und Ferrolegierungen778 Teilprozesse der Verarbei-

tung wie die Herstellung von Schmelzen und die Bearbeitung und das Urformen eines

Stahlwerkstoffes zu Brammen mit anschließendem Umformen zu Flacherzeugnis-

sen.779 Hier liegt eine standortspezifische Betrachtungsgrenze vor, obwohl sie durch

die Methode der Klassifizierungen von Wirtschaftszweigen nach STATISTISCHES BUN-

DESAMT ausgeschlossen wird. Tabelle 5-16 ordnet den Transformationssystemen mit

entsprechenden Material- bzw. Energieflüssen am Ausgang die Wirtschaftszweige zu.

Tabelle 5-16: Zuordnung der Transformationssysteme zu den Wirtschaftszweigen

Transforma-

tionssystem

Material i

Ausgang

Abstrak-

tions-

ebene Bild

Wirtschafts-

zweig Quelle

Reduzieren Eisen

Schlacke v

Bild 5-8

Wz 24.1780 Statistisches Bundes-

amt 2008, S. 253 Frischen

Stahl

Schlacke v

Stranggießen Bramme

Neuschrott v

Bild 5-10 Flächenlängs-

walzen

Flacher-

zeugnis

Neuschrott

v Wz 24.32781 Statistisches Bundes-

amt 2008, S. 255

Herstellung

von Zement Zement v

vgl.

Fn. 742

Wz 23.51 Statistisches Bundes-

amt 2008, S. 249

Wasserversor-

gung Wasser p Wz 36.0

Statistisches Bundes-

amt 2008, S. 337

Elektrizitäts-

versorgung Elektrizität p Wz 35.1


amt 2008, S. 334

Herstellung

von Kalk Branntkalk p Wz 23.52


amt 2008, S. 249

Herstellung

von Industrie-

gasen

Sauerstoff p Wz 20.11 Statistisches Bundes-

amt 2008, S. 230

777 Statistisches Bundesamt 2008, S. 18 778 Statistisches Bundesamt 2008, S. 253 779 Statistisches Bundesamt 2008, S. 253 780 Obwohl die Transformationssysteme Reduzieren und Frischen auf Prozess- und Stranggießen auf Verfahrens-ebene antizipierbar sind, werden aufgrund der fehlenden Konkretisierung der Gruppe Wz 24.1 zu entsprechenden Klassen bzw. Unterklassen die Informationen der Gruppe herangezogen. 781 Bedingt durch die in diesem Abschnitt diskutierte Inkonsistenz der Klassifikation der Wirtschaftszweige ist die Zuordnung des Flacherzeugnisses sowohl zu der Gruppe Wz 24.1 als auch zu der Klasse Wz 24.32 möglich. Auch auf die Gefahr einer Mehrfachberücksichtigung der Daten wird hier die Wz 24.32 zur Individualisierung der Cha-rakterisierungsfaktoren verwendet.

128

Die Wahl der Datenbasis für die Individualisierung der Charakterisierungsfaktoren über

Gruppen, Abteilungen, Klassen oder Unterklassen wird über die Konsistenz der be-

schriebenen Wirtschaftszweige und den antizipierten Flüsse an Material und Energie

der produktentwicklungsfernen Transformationssysteme getroffen. Beispielsweise

kann in dem Fall, dass die Fertigung des Türrahmens in einem produktentwicklungs-

fernen Transformationssystem stattfindet, dieses Transformationssystem über die

Klasse Wz 29.20 Herstellung von Karosserien, Aufbauten und Anhängern individuali-

siert werden.782

Die Transformationssysteme der Wasser- und Elektrizitätsversorgung sowie der Her-

stellung von Kalk und Industriegasen werden aufgrund der Randbedingung einer un-

mittelbaren Verbindung zwischen den Transformationssystemen des Produktlebens-

laufes über Materialflüsse aus Abschnitt 5.4.1 auf der Abstraktionsebene der Prozesse

nach Abschnitt 4.5 individualisiert.

Die individualisierten ökonomischen Charakterisierungsfaktoren der spezifischen Ma-

terialkosten für Formel (16) und den spezifischen Mengenpreis für Formel (12) für die

Material- und Energieflüsse der produktentwicklungsfernen antizipierten Transforma-

tionssysteme sind in Tabelle 5-17 zu finden. Da keine Transportprozesse berücksich-

tigt werden, entsprechen die Werte auf Seiten des Beschaffungsmarktes denselben

wie auf Seiten des Absatzmarktes.

Tabelle 5-17: Individualisierte ökonomische Charakterisierungsfaktoren der Materal- und Energieflüsse

Fluss mki/spi/eki Ein-


Bramme 0,488 €/kg Statistisches Bundesamt 2014, S. 161

Branntkalk 0,0085 €/kg Statistisches Bundesamt 2014, S. 155

Eisen 0,309 €/kg Statistisches Bundesamt 2014, S. 161

Eisenerz 0,067 €/kg InfoMine 2015c, Mittelwert zwischen höchstem

und niedrigstem Preis

Kalk 0,0367 €/kg Statistisches Bundesamt 2014, S. 155, für die

Zementherstellung

Sauerstoff 0,043 €/kg Statistisches Bundesamt 2014, S. 96

Schlacke 0,0131 €/kg Statistisches Bundesamt 2014, S. 155

Schweröl 1,217x10-20 €/TJ InfoMine 2015b, Mittelwert zwischen höchstem


Stahl 0,374 €/kg Annahme

Steinkohle 1,91x10-18 €/TJ InfoMine 2015a, Mittelwert zwischen höchstem


Wasser 2,95x10-5 €/kg Mittelwert nach WasEG § 2 Abs. (2)

Zement 0,055 €/kg Statistisches Bundesamt 2014, S. 155

782 Statistisches Bundesamt 2008, S. 310, in dem Fall wird die Klasse weiter zu der Unterklasse Wz 29.20.0 kon-kretisiert. Da keine weitere Unterteilung der Klasse erfolgt, entspricht die Unterklasse der Klasse.

129

Das Ergebnis der Individualisierung der gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren

ist in Tabelle 5-18 zu finden.

Tabelle 5-18: Individualisierte gesellschaftliche Charakterisierungsfaktoren



Ein-


bBrammel,vSg 5,873x10-7 1/kg

Kehrwerte der Arbeitsproduktivitäten nach Ta-

belle A-2

bEisen,vRe 5,873x10-7 1/kg

bElektrizität,pEv 8,682x10-2 1/Tj

bFerz,vFlw 9,150x10-7 1/kg

bKalk,pHK 8,817x10-9 1/kg

bSauerstoff,pHI 1,296x10-7 1/kg

bStahl,vFr 5,873x10-7 1/kg

bWasser,pWv 8,020x10-9 1/kg

bZement,vTr 1,832x10-7 1/kg

vBramme,vSg 3,503x10-4 Tag/kg

Kehrwerte der Arbeitsproduktivitäten nach Ta-

belle A-2 multipliziert mit dem Verhältnis aus

dem Bruttojahresverdienst783 und den Lebens-

unterhaltskosten nach Abschnitt 4.3.1.3

vEisen,vRe 3,503x10-4 Tag/kg

vElektrizität,pEv 5,167x101 Tag/Tj

vFerz,vFlw 5,447x10-4 Tag/kg

vKalk,pHK 5,249x10-6 Tag/kg

vSauerstoff,pHI 7,713x10-5 Tag/kg

vStahl,vFr 3,503x10-4 Tag/kg

vWasser,pWv 4,774x10-6 Tag/kg

vZement,vTr 1,089x10-4 Tag/kg

Mit den bekannten Charakterisierungsfaktoren werden die Nachhaltigkeitsindikator-

werte entsprechend Abschnitt 4.3 berechnet. Das Ergebnis der Synthese der Nach-

haltigkeitsindikatorwerte wird entsprechend Abschnitt 5.4.1 anhand der zwei Betrach-

tungsschwerpunkte:

Kostensenkungspotenzial durch die alternative Verwendung für das produktent-

wicklungsnahe Unternehmen

Sämtliche Nachhaltigkeitsindikatorwerte für die Marketingabteilung

aufgezeigt. Tabelle A-3 fasst die berechneten Indikatorwerte für die Referenz und Ta-

belle A-4 für die alternative Verwendung im Anhang zusammen.

5.4.3.1 Kostensenkungspotenzial für die produktentwicklungsnahe Ökosphäre

Die Betrachtung der Referenz der Fertigung des Rahmens als prozessuale Einheit

zeigt, dass der Materialwert über die Fertigung hinweg durch die Herstellung von Neu-

schrott um 5,12 € je gefertigten Türrahmen abnimmt (vgl. Abschnitt A.3.1). Durch die

alternative Verwendung wird der Fensterausschnitt an die Fertigung der Abdeckung

783 a. a. O. Fn. 768

130

geleitet. Der Fertigende der Abdeckung erhöht den Gewinn um 0,64 € je Abdeckung

(vgl. Abschnitt A.3.3).784

Unter der Annahme, dass die Platine den gleichen Preis erzielt wie das Flacherzeugnis

bedeutet eine alternative Verwendung des Fensterausschnittes in der Fertigung der

Abdeckung eine Erhöhung des Gewinnes bzw. der Differenz aus monetärem Aus- und

Eingang um 0,99 € für das produktentwicklungsnahe Unternehmen (vgl. Ab-

schnitt A.3.3).785 Bezogen auf die von der Kostenplanung vorgegebenen Einsparung

von 4 € je Tür nach Abschnitt 5.1 werden durch die Maßnahme der alternativen Ver-

wendung 25 % erreicht. Die verbleibenden 3 € je Tür können durch die alternative Ver-

wendung anderer Verschnitte des Rahmens, der Außenhaut oder des Aufprallträgers

erreicht werden. Die Berechnungen laufen analog ab. Ergänzende mögliche Maßnah-

men sind die Einsparung von Fertigungskosten der Bauteile oder von Montagekosten.

Dieses Ergebnis kann durch die Anpassung der prozessualen Einheit auf die Geamt-

produktion des Vorgängermodelles hochgerechnet werden. Das bedeutet bei einem

Verhältnis von 50 % zwischen verkauften Drei- und Fünftürern und 3,27 Millionen ver-

kauften Fahrzeugen786 eine Erhöhung des Gewinnes um 9,69 Mio €.

5.4.3.2 Nachhaltigkeitsindikatorwerte für das Marketing

Dem Marketing werden die Daten der Synthese der Nachhaltigkeitsindikatorwerte ent-

sprechend Tabelle A-3 für die Referenz und entsprechend Tabelle A-4 für die alterna-

tive Verwendung des Fensterausschnittes zur Verfügung gestellt. Eine Auswertung der

ökonomischen Indikatorwerte über sämtliche bilanzierte Transformationssysteme er-

gibt beispielsweise einen Gewinnrückgang um 2 % im Vergleich zwischen der Refe-

renz und der alternativen Verwendung. Die alternative Verwendung hat insbesondere

auf das Transformationssystem des Frischens eine negative Wirkung auf die betriebs-

wirtschatliche Ökonosphäre. Ökologisch betrachtet, werden durch die alternative Ver-

wendung im Vergleich zur Referenz mehr als 19 % weniger Material-Input verursacht.

Die bilanzierten Prozesse benötigen 18,5 % weniger personengebundene Leistungen

in Form von Arbeitskraft. Das führt in absoluten Zahlen787 zu einer Verringerung der

Beschäftigungszahlen um 6709 und damit um eine geringere Versorgung einer durch-

schnittlichen Familie um 11.307 Jahre.

784 Eine Aussage über die Veränderung der Liquidität als Nachhaltigkeitsindikator in Abhängigkeit von Umsatz und

Kosten als Nachhaltigkeitsindikatorwerte ist vom Individualmodell der Ökonosphäre der Unternehmen abhängig.

Eine Erhöhung des Gewinnes ist keine hinreichende Bedingung für die Erhöhung der Liquidität (vgl. Ab-

schnitt 2.2.1.2 und Abschnitt 4.4). 785 siehe Fn. 784 786 Verkaufszahlen des Referenzmodelles nach Fn. 662 nach Statistisches Bundesamt 2015a 787 a. a. O. Fn. 786

131

6 Evaluierung

In Kapitel 5 sind die Grundlagen einer Anwendungsevaluierung („application evalua-

tion“)788 bereitgestellt worden. In diesem Kapitel wird auf Grundlage der DRM eine An-

wendungs- und eine Erfolgsevaluierung entsprechend Abschnitt 1.3 durchgeführt.

6.1 Die Anwendungsevaluierung

Die Anwendungsevaluierung hat zur Aufgabe, den Mehrwert der erarbeiteten Unter-

stützung zu identifizieren.789 Der Fokus liegt auf der Gebrauchstauglich- und Anwend-

barkeit („usability and applicability“)790 der erarbeiteten Unterstützung. Die Einzelme-

thoden zur Synthese der ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Indika-

torwerte des zu entwickelnden Produktes entsprechen dem Stand der Technik. Daher

wird auf die Evaluierung der Primärquellen verwiesen.791 Ein Vergleich zwischen der

erarbeiteten Methodik und vorhandenen Methodiken zur Nachhaltigkeitsbilanzierung

ist aufgrund der im Stand der Technik fehlenden Methodiken nicht durchführbar. Daher

wird die Anwendungsevaluierung durch die qualitative Beantwortung folgender Fragen

(vgl. Abschnitt 1.3) anhand der beispielhaft durchgeführten Anwendung und des Erfül-

lens der Anforderungen nach Abschnitt 2.3 durchgeführt:792

Ist eine Anwendung der erarbeiteten Unterstützung möglich?

Richtet sich die erarbeitete Methodik tatsächlich an die Nachhaltigkeitsindika-

torwerte durch die ermittelten Aktionsparameter der Produktentwicklung?

Entspricht die Wirkung der Aktionsparameter auf die Nachhaltigkeitsindikator-

werte der erwarteten Wirkung?

Ist eine Anwendung der erarbeiteten Unterstützung möglich?

Die beispielhafte Anwendung der erarbeiteten Methodik in Kapitel 5 zeigt die Möglich-

keit des Gebrauches der erarbeiteten Unterstützung. Über das Partialmodell der Ent-

wicklung nachhaltiger Produkte nach Bild 3-1 ist eine logische und semantische Ver-

bindung zwischen dem Produktlebenslauf mit den anthropogenen Transformations-

systemen und den Dimensionen der Nachhaltigkeit über die Sphären der Nachhaltig-

keit als Subsysteme auf Basis der GPPe geschaffen. Das erarbeitete Partialmodell des

Produktlebenslaufes ermöglicht ein zu Normen und Richtlinien konsistentes Antizipie-

ren der Transformationssysteme des Lebenslaufes des zu entwickelnden Produktes.

Die Einordnung des virtuellen Produktlebenslaufes zu der restlichen Technosphäre er-

788 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 37ff. 789 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 37ff. 790 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 41 791 Die Methode zur Synthese der ökologischen Nachhaltigkeitsindikatorwerte entspricht der Ermittlung der Mate-rial-Intensität des MIPS (vgl. Abschnitt 3.2.1). Die Methode zur Synthese der ökonomischen Nachhaltigkeitsindika-torwerte entspricht der Ermittlung der Einzelkosten der differenzierenden Zuschlagskalkulation nach Ab-schnitt 3.2.2.1.1. Die Synthese der gesellschaftlichen Nachhaltigkeitsindikatorwerte entspricht der Produktivitätser-mittlung nach REFA bzw. der Anwendung der Methode zur Ermittlung der Anzahl von Beschäftigten in der Recy-cling- und Entsorgungsbranche nach Becker et al. 2009, S. 27 (vgl. Abschnitt 3.2.3). 792 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 184

132

weitert den Verantwortungsbereich der Produktentwicklung und sensibilisiert hinsicht-

lich der Wirkung der Entscheidungen während der Produktentwicklung auf Lebens-

läufe anderer mit dem Lebenslauf des zu entwickelnden Produktes über Material- und

Energieflüsse in Verbindung stehender Anspruchsgruppen. Die Abstraktionsebenen

des Prozessmodelles tragen sowohl dem Dilemma der Produktentwicklung als auch

dem Problem der varianten Antizipierbarkeit zwischen produktentwicklungsnahen

und -fernen Transformationssystemen des Produktlebenslaufes Rechnung. Die Struk-

tur und Logik des Partialmodelles der Nachhaltigkeitsindikatorwerte nach Formel (14)

erlaubt konsistent zu der Ökobilanz eine Synthese bzw. Individualisierung derselben

durch die für die einzelnen Sphären weiter spezialisierten Partialmodelle nach den

Formeln (15) bis (21).

Richtet sich die erarbeitete Methodik tatsächlich an die Nachhaltigkeitsindika-

torwerte durch die ermittelten Aktionsparameter der Produktentwicklung?

Als Aktionsparameter sind die Material- und Energieflüsse innerhalb der Techno-

sphäre durch die Ökobilanz vorgegeben. Auf Grundlage des materialflussbasierten

Partialmodelles der Technosphäre nach Bild 3-2 ist ein über den eigentlichen Lebens-

lauf des zu entwickelnden Produktes hinaus erweitertes Antizipieren und eine an-

schließende Möglichkeit der Analyse der Wirkung von Entscheidungen während der

Produktentwicklung gewährleistet. Durch die direkte mathematische Abhängigkeit der

Nachhaltigkeitsindikatorwerte von dem Material- bzw. Energiefluss und dem jeweiligen

Charakterisierungsfaktor nach Formel (14) ist eine Wirkung der Änderung der Aktions-

parameter über Nachhaltigkeitsindikatorwerte auf die Nachhaltigkeitssphären synthe-

tisierbar. Abschnitt 5.4.3 zeigt, dass die Änderung des Flusses des Fensterausschnit-

tes von der Verarbeitung zu einer Bearbeitung zu einer Abdeckung Wirkung auf die

Nachhaltigkeit sämtlicher über die Materialflüsse des Produktlebenslaufes in Verbin-

dung stehender Transformationssysteme der Technosphäre hat. Es sind nicht nur Wir-

kungen innerhalb des Produktlebenslaufes sondern auch anderer Produktlebensläufe

wie der Herstellung von Zement, der Wasser- und Elektrizitätsversorgung, der Herstel-

lung von Kalk und Industriegasen synthetisierbar.

Entspricht die Wirkung der Aktionsparameter auf die Nachhaltigkeitsindikator-

werte der erwarteten Wirkung?

Das Beispiel der Einführung der Pfandpflicht für Einwegverpackungen von Getränken

in der Bundesrepublik Deutschland aus Abschnitt 3.2 hat den erweiterten Einfluss von

Entscheidungsträgern auf die Sphären der Nachhaltigkeit beschrieben. Das beabsich-

tigte Beeinflussen eines Produktlebenslaufes ruft eine Wirkung auf sämtliche mit dem

Produktlebenslauf über Materialflüsse in Verbindung stehende Transformationssys-

teme der Technosphäre hervor. Diese Wirkung ist durch die beispielhafte Durchfüh-

rung der Nachhaltigkeitsbilanzierung am Beispiel der alternativen Verwendung über

die Nachhaltigkeitsindikatorwerte synthetisiert worden. Ökologisch führt die alternative

Verwendung erwartungsgemäß zu einem nachhaltigeren Zustand. Ökonomisch zeigt

133

die beispielhafte Anwendung die in Kapitel 3.2.2 aufgezeigten Abhängigkeiten unter-

schiedlicher Anspruchsgruppen innerhalb der Technosphäre. Die alternative Verwen-

dung führt sowohl bei dem produktentwicklungsnahen Unternehmen als auch der Fer-

tigung der Abdeckung zu einem ökonomisch nachhaltigeren Zustand. Die geringere

Nachfrage der Fertigung der Abdeckung nach fabrikneuem Flacherzeugnis führt

gleichzeitig zu einem ökonomisch weniger nachhaltigen Zustand der produktentwick-

lungsfernen Ver- und Bearbeitenden. Gleichzeitig sind negative ökonomische Wirkun-

gen auf Versorgende und Verwertende von Koppelprodukten erwartungsgemäß syn-

thetisiert worden.

6.2 Die Erfolgsevaluierung

Die Erfolgsevaluierung hat zur Aufgabe, den erreichten Zustand im Vergleich zum de-

finierten Soll-Zustand zu beurteilen.793 Der Fokus liegt auf der Brauchbarkeit („usefull-

ness“)794 der erarbeiteten Unterstützung.795 Folgende Fragen werden bezüglich des

Erreichens eines konsistenten, durchgehenden und operationaliserbaren Daten-, Mo-

dell- und Methodenwissens zur Nachhaltigkeitsbilanzierung beantwortet:796

Hat die Anwendung der erarbeiteten Methodik zur Nachhaltigkeitsbilanzierung

von zu entwickelnden Produkten den gewünschten Soll-Zustand erreicht?

Sind sämtliche Anforderungen an die Methodik einer Nachhaltigkeitsbilanzie-

rung für zu entwickelnde Produkte erfüllt?

Lässt die beispielhafte Durchführung der erarbeiteten Methodik einen Einsatz

in der Praxis797 vermuten?

Hat die Anwendung der erarbeiteten Methodik zur Nachhaltigkeitsbilanzierung

von zu entwickelnden Produkten den gewünschten Soll-Zustand erreicht?

In den Kapiteln 1 und 2 ist ein Defizit bezüglich vorhandener Methodiken zur Entwick-

lung nachhaltiger Produkte herausgearbeitet worden. Die entwickelte Methodik erlaubt

erstmals eine an die Gegebenheiten der Produktentwicklung angepasste Nachhaltig-

keitsbilanzierung. Durch Kapitel 3 wird ein Partialmodell der Entwicklung nachhaltiger

Produkte bereitgestellt, das die Möglichkeiten der Antizipier-, Beeinfluss- und Analy-

sierbarkeit der Nachhaltigkeit systematisiert. Über die Nachhaltigkeitsindikatorwerte ist

ein ökobilanzkonformer Zusammenhang zwischen der beeinfluss- und antizipierbaren

Technosphäre und den analysierbaren Sphären der Nachhaltigkeit geschaffen wor-

den. Durch die Abstraktionsebenen des Prozessmodelles ist die Analyse von Trans-

formationssystemen trotz unterschiedlicher Informationsverfügbarkeit gewährleistet.

Die beispielhafte Anwendung hat zudem gezeigt, dass trotz eines fiktiven Beispiels

plausible Ergebnisse synthetisierbar sind (vgl. Abschnitt A.3).

793 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 37 794 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 41 795 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 185f. 796 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 185 797 Blessing und Chakrabarti 2009, S. 26

134

Sind sämtliche Anforderungen an die Methodik einer Nachhaltigkeitsbilanzie-

rung für zu entwickelnde Produkte erfüllt?

Die erarbeitete Methodik ist bezüglich der Partialmodelle der Entwicklung nachhaltiger

Produkte, der Partialmodelle der Nachhaltigkeitsindikatorwerte und des Vorgehen so-

wohl untereinander als auch hinsichtlich der Ökobilanzmethodik konsistent. Ebenso ist

eine horizontale wie auch vertikale Durchgängigkeit durch die Individualisierung der

Transformationssysteme auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen des Prozessmo-

delles gewährleistet. Inkonsistenzen herrschen bezüglich des Partialmodelles der

Technosphäre und den in der Literatur verfügbaren Informationen zum Antizipieren

von Transformationssystemen. Zum einen ist das Vorgehen eines auf mehren Abs-

traktionsebenen modellierbaren Transformationssystemes zur Individualisierung öko-

logischer Wirkungen, ökonomischer Kennwerten oder gesellschaftlicher Indikatoren

neuartig. Zum anderen sind vorhandene Datenbanken wie ProBas oder ÖKOBAUDAT

zum Individualisieren von Material- und Energieflüssen antizipierter Transformations-

systeme oder Strukturerhebnungen798 nach STATISTISCHES BUNDESAMT zur Individuali-

sierung von Charakterisierungsfaktoren mit dem erarbeiteten Partialmodell der Tech-

nosphäre nicht durchgehend konsistent.

Die Anforderungen der Operationalisierbarkeit sind durch die einheitlichen Partialmo-

delle der Nachhaltigkeitsindikatorwerte wie auch für Transformationssysteme unter-

schiedlicher Abstraktionsebenen erfüllt. Die Individualisierung der Transformations-

systeme über spezifische Größen ermöglicht eine Wiederverwendung bereits imple-

mentierter Transformationssysteme.

Lässt die beispielhafte Durchführung der erarbeiteten Methodik einen Einsatz in

der Praxis vermuten?

Wie bereits in Abschnitt 2.2.1.1 erwähnt, ist die Bilanzierung der ökologischen Nach-

haltigkeit aufgrund der Datenerhebung aufwendig. Die erarbeitete Methodik verringert

den erstmaligen Aufwand zum Implementieren der spezifischen Flüsse antizipierter

Transformationssysteme mit der Individualisierung der Charakterisierungsfaktoren

nicht. Ein bereits implementiertes Transformationssystem kann, wie bei anderen

Unterstützungen auch, wiederverwendet werden. Die erarbeitete Unterstützung er-

möglicht bei geringerem Aufwand im Vergleich zu der ökologischen, ökonomischen

und gesellschaftlichen Bilanzierung über Einzelmethodiken eine äquivalente Informa-

tionsgenerierung. Während bei Einzelmethoden unterschiedliche und teilweise redun-

dante Daten zur Individualisierung erhoben werden, individualisiert die erarbeitete

Unterstützung, ausgehend von derselben Datenbasis, ökonomische, ökologische und

gesellschaftliche Nachhaltigkeitsindikatorwerte. Durch das zur Ökobilanz konsistente

Vorgehen und den Aufbau der Partialmodelle ist zudem eine Implementierung der öko-

798 Beispielsweise zeigt Abschnitt 5.4.3, dass eine eindeutige Zuordnung von Flacherzeugnissen zu einem Wirt-schaftszweig nicht möglich ist.

135

nomischen und gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren in vorhandene Ökobi-

lanzierungssoftware zur Erweiterung hinsichtlich einer „Nachhaltigkeitsbilanzierungs-

software“ möglich.

136

7 Zusammenfassung und Ausblick

Die vorliegende Arbeit stellt der Produktentwicklung erstmals eine in Modellen und

Vorgehen konsistente Methodik zur Bilanzierung der Nachhaltigkeit eines zu entwi-

ckelnden Produktes zur Verfügung. Der Stand der Forschung hat gezeigt, dass i. d. R.

in der Wissenschaft ausschließlich formal auf den Nachhaltigkeitsgedanken eingegan-

gen wird. Eine Berücksichtigung der integrativen ökonomischen, ökologischen wie

auch gesellschaftlichen Nachhaltigkeit findet nicht statt. Erstmals ist eine in Modellen

und dem Vorgehen konsistente Methodik, die auf dem Stand der Technik aus Umwelt-

wissenschaft, Wirtschaftswissenschaft und Geisteswissenschaft aufbaut und die

Konstruktionsforschung vorgegebenen Rahmenbedingungen berücksichtigt, erarbei-

tet und nach Design Research Methodology evaluiert worden. Auf Grundlage der in

der Literatur verfügbaren und dem Stand der Technik entsprechender Methodiken wird

eine allgemeingültige, anwendbare und in sich konsistente Methodik zur Unterstützung

einer Entwicklung nachhaltiger Produkte durch eine Nachhaltigkeitsbilanzierung er-

arbeitet. Auf Grundlage eines zu Normen und Richtlinien konsistenten Partialmodelles

der Technosphäre wird der Verantwortungsbereich der Produktentwicklung gänzlich

erfasst und zu bestehenden Partialmodellen des Produktlebenslaufes erweitert. Ana-

log zur Ganzheitlichen Produkt- und Prozessentwicklung werden während der Ent-

wicklung nachhaltiger Produkte Transformationssysteme der Technosphäre antizipiert

und durch die Entscheidungen über die Eigenschaften des zu entwickelnden Produk-

tes beeinflusst. Die Entscheidungen über die Eigenschaften erfolgen hinsichtlich der

Erfüllung klassischer Anforderungen und der Wirkung auf die Dimensionen der Nach-

haltigkeit, modelliert durch die Öko-, Ökono- und Soziosphäre als Subsysteme der Di-

mensionen. Zur Analyse der Wirkung der antizipierten Technosphäre auf die durch

Subsysteme spezialisierte Nachhaltigkeitssphären wird für jede Sphäre ein Partialmo-

dell zur Individualisierung der ökonomischen, ökologischen wie auch gesellschaftli-

chen Nachhaltigkeitsindikatorwerte bereitgestellt. Dies erfolgt in Konsistenz mit der

Ökobilanz. Zur adäquaten Anwendung der erarbeiteten Methodik wird ein operationa-

lisiertes EDV-Hilfsmittel zur Verfügung gestellt. Durch die Individualisierung von Trans-

formationssystemen über spezifische Größen sind bereits implementierte Transforma-

tionssysteme wiederverwendbar.

Zum Erreichen des Zieles der Erarbeitung eines methodischen Ansatzes zur Entwick-

lung nachhaltiger Produkte sind weitere zentrale Ergebnisse dieser Arbeit vorausge-

setzt. Dazu zählen von entwicklungsmethodischer Seite u. a. die logische Verknüpfung

zwischen der Methode als Vorgehen zur Lösung von Problemen mit den für die Me-

thode spezialisierten Partialmodellen, die Adaption der Terminologie der Nachhaltig-

keitsforschung in den Kontext der Konstruktionsforschung und die Konkretisierung der

durch das Dilemma der Produktentwicklung beschriebenen Abhängigkeit der Beein-

flussbarkeit der Technosphäre durch den Konkretisierungsgrad des zu entwickelnden

Produktes. Von Seiten der Nachhaltigkeitsforschung sind erstmals die Dimensionen

der Nachhaltigkeit und ihre Abgrenzung untereinander konkretisiert und auf den Ein-

flussbereich der Produktentwicklung spezialisiert worden. Ein zentrales Ergebnis ist

137

dabei die Trennung der anthropogenen Prozesse innerhalb der Technosphäre von den

Prozessen innerhalb der Sphären der Nachhaltigkeit. Erst diese Abgrenzung ermög-

licht die ökobilanzkonforme Bilanzierung der Wirkung von Prozessen auf die Nachhal-

tigkeit über Nachhaltigkeitsindikatorwerte.

Mit dieser Abgrenzung geht eine Betrachtung unterschiedlicher Anspruchsgruppen

und Aggregationsebenen der Nachhaltigkeitssphären einher. Während bei der Bilan-

zierung der Umweltwirkung eine Umwelt beschrieben durch die unterschiedlichen

Sphäre vorausgesetzt wird, werden für die Ökono- und Soziosphäre unterschiedliche

Anspruchsgruppen und deren Aggregationen betrachtet. Für die Betrachtung der öko-

nomischen Nachhaltigkeit ist nicht nur die Betriebswirtschaft des produktentwicklungs-

nahe Unternehmens zu berücksichtigen. Die Entscheidungen der Produktentwicklung

haben Einfluss auf sämtliche an dem Produktlebenslauf beteiligte Anspruchsgruppen.

Was ökonomisch nachhaltig für das produktentwicklungsnahe Unternehmen ist, führt

nicht zwangsläufig bei Zulieferern oder Kunden zu einem ökonomisch nachhaltigen

Zustand.

Bezüglich der Sphären der gesellschaftlichen Dimension haben sich nach Recherchen

und der Abgrenzung des Einflussbereiches der Produktentwicklung die personenge-

bundenen Leistungen als ein Indikatorwert der gesellschaftlichen Nachhaltigkeit und

die davon abhängige Versorgung herausgestellt. Besonders aufgrund der Brisanz des

Themas erhebt diese Arbeit nicht den Anspruch, eine Aussage über die gesellschaft-

liche Nachhaltigkeit von Transformationssystemen der Technosphäre anhand der per-

sonengebundenen Leistungen zu treffen. Durch den Stand des Wissens beschränkt

sich diese Arbeit auf die Sensibilisierung von Entscheidungsträgern hinsichtlich der

Folgen getroffener Entscheidungen durch die synthetisierten gesellschaftlichen Indi-

katorwerte in Form der Beschäftigungszahlen bzw. Einsatzzeiten.

Die Anwendung der erarbeiteten Methodik am fiktiven Beispiel einer neuartigen Ver-

wendung von Neuschrott bestätigt sowohl die Gebrauchstauglich- und Anwendbarkeit

wie auch die Brauchbarkeit der erarbeiteten Methodik. Das Beispiel der alternativen

Verwendung von Neuschrott hat ein ökologisches Potenzial aufgezeigt. Durch die al-

ternative Verwendung wird der Verschnitt als Gegenstand anderen Produktlebensläu-

fen zur Verfügung gestellt und damit sowohl die Verbrauchsrate an Rohstoffen gesenkt

als auch energieintensive Transformationssysteme zum Schmelzen eingespart.

Gleichzeitig sind ökonomische und gesellschaftliche positive wie auch negative Wir-

kungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette antizipiert worden, die bei einer

Nachhaltigkeitsbetrachtung berücksichtigt werden müssen. Die in dieser Arbeit entwi-

ckelte Methodik ermöglicht die Abschätzung der Nachhaltigkeit von antizipierten

Transformationssystemen. Weiterhin sind die abfallrechtlichen Rahmenbedingungen

und eine Methode zum Antizipieren alternativer Verwendungen erarbeitet worden.

Zukünftig ist die reale Umsetzung einer bereits in der Produktentwicklung antizipierten

alternativen Verwendung von Nebenprodukten aus der Fertigung denkbar. Dabei sind

insbesondere die Fragen der Losgrößenkopplungen, der Logistik, der Handhabung

138

und der fertigungstechnischen Bearbeitung nicht genormter Werkstücke zu beantwor-

ten. Von Seiten der Informationsbereitstellung ist die Verfügbarkeit von Nebenprodukt-

eigenschaften auf der einen Seite und möglicher zum Substituieren geeigneter Werk-

stücke der Bearbeitung auf der anderen Seite zu klären. Hier sind Potenziale die durch

Industrie 4.0 angestrebte informationstechnische Vernetzung zu untersuchen.

Diese Arbeit hat weiteren Forschungsbedarf sowohl bezüglich der Konstruktionsfor-

schung als auch der Nachhaltigkeitsforschung aufgezeigt. Zwar wird erstmals der lo-

gische Zusammenhang zwischen Methoden und Partialmodellen hergestellt. Jedoch

fehlen insbesondere Systematisierungs- bzw. Kategorisierungsmerkmale zur Struktu-

rierung unterschiedlicher Spezialisierungen eines Partialmodelles durch unterschiedli-

che Methoden. Bisher gibt es keine Möglichkeit, ein abstraktes und auf unterschied-

lichste Probleme anwendbares Partialmodell terminologisch von einem problemspezi-

fischen Partialmodell zu unterscheiden. Die allgemeine Polynomfunktion f = mx + b

wird ebenso als Partialmodell bezeichnet wie die Spezialisierung des Polynoms zu

dem Hookeschen Gesetz oder zu den variablen oder den fixen Kosten. Weiterhin bleibt

bei der Entwicklung von Produkten die Rolle des Marketings für die spätere Markt-

phase des realen Produktes weitgehend unberücksichtigt.

Vonseiten der Nachhaltigkeitsforschung hat sich ebenfalls Forschungsbedarf ergeben.

Zwar hat diese Arbeit den Einfluss der Produktentwicklung auf einen Aspekt der ge-

sellschaftlichen Nachhaltigkeit aufgezeigt. Aufgrund des fehlenden modellhaften Ver-

ständnisses der gesellschaftlichen Dimension ist eine Analyse des Einflusses der Pro-

duktentwicklung über die Technosphäre auf die Gesellschaft nicht möglich. Die perso-

nengebundene Leistung eines Transformationssystemes ist als Nachhaltigkeitsindika-

torwert synthetisierbar. Die Wirkung von personengebundenen Leistungen in der

Technosphäre als Indikatorwert auf das brückenbildende oder bindende Sozialkapital

oder auf die Grundbedürfnisbefriedigung oder die Selbstverwirklichung, als oft ge-

nannte Indikatoren eines gesellschaftlich nachhaltigen Zustandes, ist gänzlich unklar.

Um eine gleichzeitige Analyse der Öko-, Ökono- und Soziosphäre zu gewährleisten,

muss ein zur Ökobilanz konsistentes Partialmodell der Gesellschaft erarbeitet werden.

Zudem sind die in dieser Arbeit verkürzten Wechselwirkungen der einzelnen Dimen-

sionen der Nachhaltigkeit mit ihren Sphären in Zukunft zu untersuchen und die Wech-

selwirkungen wissenschaftlich zu erarbeiten und zu belegen. Es wird vorgeschlagen,

zunächst die etablierter Theorien und Methoden der in dieser Arbeit herangezogenen

Forschungsdisziplinen und ihren Einfluss auf die Erfassbarkeit von Wechselwirkungen

zwischen den Sphären einzugehen. Beispielsweise ist zu untersuchen inwieweit die

neoklassische als herrschende Wirtschaftstheorie eine (gleichberechtigte) Berücksich-

tigung von ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Aspekten unterstützt.

Die Arbeit zeigt, dass insbesondere eine prozessuale Betrachtung, sowohl während

der Produktentwicklung als auch in der Nachhaltigkeitsforschung, nicht konsequent

durchgeführt wird. In der Produktentwicklung kommen hauptsächlich Gestalt- und

139

Funktionsmodelle zum Einsatz. Unter wirtschaftlichen Betrachtungen werden Wirt-

schaftseinheiten in unterschiedlichen Aggregationen betrachtet und deren System-

grenzen arbiträr festgelegt. Forschungsbedarf herrscht besonders im Hinblick auf die

Informationsverfügbarkeit von Transformationssystemen und die Bereitstellung pro-

zessualer ökonomischer, ökologischer und gesellschaftlicher Informationen. Um der

unterschiedlichen Informationsverfügbarkeit und dem Dilemma der Produktentwick-

lung gerecht zu werden, sind in dieser Arbeit Transformationssysteme auf den Abs-

traktionsebenen des Prozessmodelles modelliert worden. In Zukunft ist die Bereitstel-

lung von Informationen von Transformationssystemen, beispielsweise bereits in der

Umsetzung von Industrie 4.0, auf ihre Nutzbarkeit für die Entwicklung nachhaltiger

Produkte hin zu untersuchen bzw. entsprechend zu implementieren.

140

A Anhang

141

A.1 Als Genom modellierte Methodenbeschreibung

Bild A-1 modelliert die in Kapitel 4 beschriebene Methodenbeschreibung. Die Modellierung erfolgt durch den Genom-Ansatz nach ZIER.799

Bild A-1: Als Genom modellierte Methodenbeschreibung der Nachhaltigkeitsbilanzierung

799 Zier 2014, S. 77ff.

142

A.2 Antizipierte Technosphären in Abschnitt 5.4.2

Bild A-2 bzw. Bild A-3 zeigen die als Referenz antizipierten Transformationssysteme

bzw. die hinsichtlich der Nachhaltigkeit zu untersuchenden Transformationssysteme

der alternativen Verwendung des Fensterausschnittes.

Bild A-2: Die Referenz-Technosphäre

143

Bild A-3: Die Technosphäre der alternativen Verwendung des Fensterausschnittes

144

A.3 Berechnungen und Datenbasen

In diesem Abschnitt werden Berechnungen und Datenbasen zur besseren Nachvoll-

ziehbarkeit der in Kapitel 5.4 beispielhaft angewendeten Methodik bereit gestellt. Zu-

dem werden die recherchierten und individualisierten Größen auf ihre Plausibilität hin

diskutiert.

A.3.1 Berechnungen zu Abschnitt 5.1

Die in diesem Abschnitt individualisierten Werte gelten ebenfalls für die ökonomischen

Indikatorwerte des Referenzprozesses des produktentwicklungsnahen Transforma-

tionssystemes der Pressenstraße. Diese Annahme ist wegen des gleichen Rahmen-

gewichtes des Vorgängers und des zu entwickelnden Rahmens nach Fn. 662 gerecht-

fertigt.

Tabelle A-1: Werte für die Berechnung der negativen Wertschöpfung der Pressenstraße des Referenzpro-zesses

Formel-

zeichen Beschreibung Wert

Ein-

heit Quelle

MoSpA,ra

Menge des Materials aus dem

Transformationssystem Servo-

presse (oSp) am Ausgang (A)

zur Fertigung von Teil a mit

realer Geometrie r bzw. Refe-

renz

9,14 kg

Hamm 2015

MoSpA,rb


Transformationssystem oSp

am A zur Fertigung von Teil b

mit realer Geometrie r

5,21 kg

MoSpA,rc


Transformationssystem oSp

am A zur Fertigung von Teil c


2,99 kg

MngoSp,ra

Materialnutzungsgrad des

Transformationssystemes oSp

zur Fertigung von Teil a mit

realer Geometrie r bzw. Refe-

renz

45,6 %

Birkert et al. 2013,

S. 506

MngoSp,rb



zur Fertigung von Teil b mit

realer Geometrie r

80 %

MngoSp,rc



zur Fertigung von Teil c mit

realer Geometrie r

60 %

Annahme, gerundeter

Mittelwert aus MngSpa,r

und MngSpb,r

145

MkoSp,rT

Materialkosten aus Transfor-

mationssystem oSp zur Ferti-

gung der Tür (T) mit realer

Geometrie r

23 € Hilfrich et al. 2007,

S. 528

spNs

Spezifischer Preis für Neu-

schrott (Ns) 0,26 €/kg

EUROFER 2015, S. 2,

Mittelwert aus 2014;

Stahlwerk Annahütte

2015 gibt einen Mittel-

wert von 272 €/t an

WsoSp,rT

Wertschöpfung des Transfor-

mationssystemes oSp der T


€

WsoSp,ra


mationssystemes oSp durch a

mit realer Geometrie r bzw.

Referenz

€

WsoSpA,rb


mationssystemes oSp durch b


€

WsoSp,rc


mationssystemes oSp durch c


€

Berechnung der spezifischen Materialkosten der Bauteile a-c mit der Annahme glei-

chen Materials:

mkoSp,rT =MkoSp,rT

1Mng

oSp,ra

MoSpA,ra +1

MngoSp,rb

MoSpA,rb +1

MngoSp,rc

MoSpA,rc

= 0,73 €

kg

Dieser Wert liegt in der Größenordnung der Preise für Tiefziehstähle, beispielsweise

DC01 von 780 € je Tonne800, oder Warmband, beispielsweise DD11 700 € je Tonne801,

und ist somit plausibel.

Berechnung des Materialwertes der Tür nach oSp mit der Annahme, dass der Wert

des Materials konstant bleibt:

MwoSp,rT = mkoSp,rT ∗ (MoSpA,ra + MoSpA,rb + MoSpA,rc) = 12,66 €

800 ThyssenKrupp 2013, S. 1ff. 801 ThyssenKrupp Steel Europe AG 2013, S. 1

146

MwoSp,rNs = mwNs

∗ (MoSpA,ra

1 − MngoSp,ra

MngSpa,r

+ MoSpA,rb

1 − MngoSp,rb

MngSpb,r

+ moSpA,rc

1 − MngoSp,rc

MngoSp,rc

) = 3,69 €

WsoSp,rT = (MwoSp,rT + MwoSp,rNs) − MkoSp,rT = −6,65 €

WsoSp,rT

MkoSp,rT

= −29 %

Durch die Erzeugung von Neuschrott wird eine negative Wertschöpfung von 6,65 € im

Vergleich zum Material am Eingang des oSp hervorgerufen, was einem Wertverlust

von 29 % entspricht.

Die Annahme eines konstanten Materialwertes ist als Hilfsmittel der Darstellung des

Wertverlustes als Superposition zu der Wertschöpfung zu verstehen. Das Transforma-

tionssystem oSp führt zu einer Wertschöpfung aufgrund des Zielpreises. Der Türrah-

men beispielsweise erzielt einen Zielpreis von 310 € beim Verkauf als Ersatzteil vom

Erstausrüster an einen Händler. Dieser Wert basiert auf dem Listenpreis des Händlers

des Türrahmens von 443 €802, nach Abzug der Handelsspanne von 30 %803. Unter Be-

rücksichtigung der Materialkosten des Rahmens wird durch das Transformationssys-

tem oSp ein Wert von 297,34 € geschöpft.

Als Vergleich der Daten wird hier auf Ebene von Verfahren über die Wz-Gruppe zu-

rückgegriffen. Die Fertigung von Türen erfolgt in Wz 29.20 Herstellung von Karosse-

rien, Aufbauten und Anhängern804 unter der Meldenummer 2920 10 300 für Karosse-

rien. Wz 29.20 fertigt 4709 Karosserien im Wert von 66,28 Mio. €.805 Unter der An-

nahme eines durchschnittlichen Karosseriegewichtes von 315 kg806 beträgt der spezi-

fische Wert 45 € je Kilogramm Karosserie. Der spezifische Wert des Rahmens beläuft

sich nach dem Listenpreis auf 48 € je Kilogramm und ist somit plausibel.

Wertschöpfung der Bauteile:

WsoSp,ra = MoSpA,ra ∗Mng

oSp,ra− 1

MngoSp,ra

(mkoSp,rT − mpNs

) = −5,12 €

WsoSp,ra

WsoSp,rT

= 77 %

802 Hamm 2015, S. 1 803 Wollmann 1998, S. 489 804 Statistisches Bundesamt 2008, S. 310 805 Statistisches Bundesamt 2014, S. 277 806 Diese Annahme beruht auf einem durchschnittlichen Karosseriegewichte zwischen 280 kg und 350 kg nach Schindler 2014, S. Q4.

147

WsoSpA,rb = MoSpA,rb ∗Mng

oSpA,rb− 1

MngoSpA,rb

(mkoSp,rT − mpNs

) = −0,61 €

WsoSpA,rb

WsoSp,rT

= 9 %

WsoSp,rc = MoSpA,rc ∗Mng

oSpA,rc− 1

MngoSpA,rc

(mkoSp,rT − mpNs

) = −0,94 €

WsoSp,rc

WsoSp,rT

= 14 %

Somit hat den größten Einfluss auf die negative Wertschöpfung Bauteil a mit insge-

samt 77 %.

148

A.3.2 Datenbasis der gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren

Tabelle A-2 bildet die Berechnungsgrundlage des Kehrwertes der Arbeitsproduktivität

nach Formel (13).

Tabelle A-2: Berechnungsgrundlage für die gesellschaftlichen Charakterisierungsfaktoren807

i,j Mi,j Ein-

heit Quelle Bi,j Quelle

Ferz,oSp 7,30x107 kg

(Ott 2015, S. 1), vier

Pressenstraßen mit

je vier Pressen

170 Ott 2015, S. 1

Ferz,vSs

7,30x107 kg

(Ott 2015, S. 1), vier

Pressenstraßen mit

je vier Pressen

170 Ott 2015, S. 1

1,83x108 kg

Volkswagen Sach-

sen GmbH 2015, vier

Pressen

350

Tower Automotive

Presswerk Zwickau

GmbH 2009

9,13x108 kg Pliskat 2014, 38 An-

lagen 2000 Pliskat 2014

Eisen,vRe

1,26x1011 kg

Wirtschaftsvereini-

gung Stahl Stahlinsti-

tut VDEh 2013, S. 8f.

74145

Statistisches Bun-

desamt 2015f,

S. 236

Stahl,vFr

Bramme,vSg

Ferz,vFlw 7,82x109 kg

Statistisches Bun-

desamt 2014,

S. 171f.

7155

Statistisches Bun-

desamt 2015f,

S. 237

Zement,vTr 4,51x1010 kg Statistisches Bun-

desamt 2014, S. 155 8264

Statistisches Bun-

desamt 2015f,

S. 235

Wasser,pWv 4,49x1012 kg

Bundesverband der

Energie- und Was-

serwirtschaft e.V.

2014

36010

Statistisches Bun-

desamt 2015e,

S. 10

Elektrizi-

tät,pEv 2,21x106 TJ

Statistisches Bun-

desamt 2015c, in

Joule umgerechnet

191864 Statistisches Bun-

desamt 2015e, S. 9

Kalk,pHK 3,99x1011 kg Statistisches Bun-

desamt 2014, S. 155 3518

Statistisches Bun-

desamt 2015f,

S. 235

Sauer-

stoff,pHI 2,07x1010 kg

Statistisches Bun-

desamt 2014, S. 96,

in kg umgerechnet

2682

Statistisches Bun-

desamt 2015f,

S. 231

807 Für die Menge des in den Transformationssystemen umgesetzten Materials oder der Energie M j durch Bj, die durch Wirtschaftszweige modelliert werden, sind die Quartalszahlen nach Statistisches Bundesamt 2014, S. 9ff. aus dem Jahr 2013 aus Gründen der Konsistenz mit der Statistik der Beschäftigungszahlen nach Statistisches Bundesamt 2015f, S. 11ff. für das Jahr 2013 berücksichtigt worden.

149

A.3.3 Synthetisierte Indikatorwerte

Tabelle A-3 und Tabelle A-4 fassen die Ergebnisse der Synthese der Nachhaltigkeits-

indikatorwerte für die Referenzprozesse und die alternative Verwendung zusammen.

Tabelle A-3: Nachhaltigkeitsindikatorwerte der Referenz

Nw

j,s

Tra

nsfo

r-

ma

tio

ns

sys

tem

öko

log

isc

h

öko

no

mis

ch

g

esell

sch

aft

lich

ab

iot.

[kg]

bio

t.

[kg]

Wa

sse

r

[kg]

Lu

ft

[kg]

Um

sa

tz

[€]

Ko

ste

n

[€]

Gew

inn

Ve

rlu

st

[€]

Be

sc

hä

f-

tig

un

g

[10

-5]

Ve

rso

r-

gu

ng

[10

-3T

age]

Re

du

zie

ren

835

2

4920

20532

45,6

1

21,9

9

23,6

2

8,6

4

53

Fri

sch

en

67

0

2387

1126

59,0

5

58,6

0

0,4

5

9,2

5

57

Str

an

gg

ieß

en

4433

36

257275

466734

69,4

2

67,9

9

1,4

4

7,3

0

45

Flä

ch

en

län

gsw

alz

en

6652

66

276883

859964

83,6

6

73,2

1

10,4

5

10,0

0

62

Pre

ss

en

str

aß

e

33

0

605

5411

312

,84

26,0

8

286

,76

12,4

5

77

Fert

igu

ng

ab

4

0

66

592

70,3

1

2,6

7

67,6

4

0,4

8

3

Tro

ckn

un

gs

ve

rfa

h-

ren

143

0

1389

16

3,5

8

1,5

3

2,0

5

1,1

9

7

Wa

sse

rve

rso

rgu

ng

bere

its in d

en

Tra

nsfo

rma

tion

ssyste

-

me

n a

ggre

gie

rt

8,7

9

- 8

,79

238

,95

1470

Ele

ktr

izit

äts

vers

or-

gu

ng

2

,18

- 2

,18

80,9

6

498

He

rste

llu

ng

vo

n

Bra

nn

tkalk

0

,10

- 0

,10

0,0

1

0

He

rste

llu

ng

vo

n I

n-

du

str

ieg

ase

n

0,4

7

- 0

,47

0,1

4

1

150

Tabelle A-4: Nachhaltigkeitsindikatorwerte der alternativen Verwendung

Die Ergebnisse der ökologischen Nachhaltigkeitsindikatorwerte sind dahingehend

plausibel, dass eine abnehmende Nachfrage an Flacherzeugnissen zu einem geringe-

ren Material-Input führt. Die Erhöhung der Liquidität der Pressenstraße ist durch fol-

gende Rechnung mit zu Abschnitt A.3.1 konsistenten Vereinfachungen nachvollzieh-

bar. Es erfolgt eine Berechnung der negativen Wertschöpfung zum Vergleich mit Ab-

schnitt A.3.1 für den Türrahmen nach der antizipierten alternativen Verwendung.

Nw

j,s

Tra

nsfo

r-

ma

tio

ns

sys

tem

öko

log

isc

h

öko

no

mis

ch

g

esell

sch

aft

lich

ab

iot.

[kg]

bio

t.

[kg]

Wa

sse

r

[kg]

Lu

ft

[kg]

Um

sa

tz

[€]

Ko

ste

n

[€]

Gew

inn

Ve

rlu

st

[€]

Be

sc

hä

f-

tig

un

g

[10

-5]

Ve

rso

r-

gu

ng

[10

-3 T

age]

Re

du

zie

ren

675

1

3976

16591

36,8

5

17,7

7

19,0

8

6,9

8

43

Fri

sch

en

55

0

1929

910

47,7

2

47,4

6

0,2

6

7,4

8

46

Str

an

gg

ieß

en

3582

29

207895

377151

56,1

0

55,0

1

1,0

9

5,9

0

36

Flä

ch

en

län

gsw

al-

ze

n

5375

53

223740

694907

67,6

0

59,2

0

8,4

0

8,0

8

50

Pre

ss

en

str

aß

e

33

0

605

5411

313

,82

26,0

8

287

,74

12,4

5

77

Fert

igu

ng

ab

2

0

44

395

70,0

3

1,7

4

68,2

8

0,3

0

2

Tro

ckn

un

gs

ve

rfa

h-

ren

116

0

11202

13

2,9

0

1,2

4

1,6

6

0,9

6

6

Wa

sse

rve

rso

rgu

ng

bere

its in d

en

Tra

nsfo

rma

tion

ssyste

-

me

n a

ggre

gie

rt

7,1

0

- 7

,10

193

,09

1188

Ele

ktr

izit

äts

vers

or-

gu

ng

1

,77

- 1

,77

65,6

3

404

He

rste

llu

ng

vo

n

Bra

nn

tkalk

0

,08

- 0

,08

0,0

1

0

He

rste

llu

ng

vo

n I

n-

du

str

ieg

ase

n

0,4

7

- 0

,47

0,1

2

1

151

Tabelle A-5: Werte für die Berechnung der negativen Wertschöpfung der Pressenstraße der alternativen Verwendung

Formel-

zeichen Beschreibung Wert

Ein-

heit Quelle

MoSpA,ka Menge des Materials des oSp

am A von a als k 9,14 kg Abschnitt A.3.1

spoSpA,ka

Spezifischer Wert von a am A

des oSP 0,73 €/kg Abschnitt A.3.1

moSpE,ka

Spezifische Menge an Flacher-

zeugnissen des oSp am E des

oSP von a als k

2,193 kg/kg Tabelle 5-8

mkoSpE,ka

Spezifische Materialkosten des

Flacherzeugnisses am E des

oSP zur Fertigung von a als k

0,73 €/kg Abschnitt A.3.1

moSpA,kFa

Spezifische Menge an Fenster-

ausschnitten (Fa) als k des

oSp am A

0,23 kg/kg Tabelle 5-8

spFa

Spezifischer Wert des Fenster-

ausschnittes (Fa) als Platine 0,73 €/kg

Entspricht dem

Preis für das Längs-

erzeugnis aus Ab-

schnitt A.3.1

moSpA,kNs Spezifische Menge an Ns als k

des oSp am A 0,963 kg/kg Tabelle 5-8

spNs

Spezifischer Wert von Neu-

schrott (Ns) 0,26 €/kg Tabelle A-1

WsoSp,ka Wertschöpfung des oSp durch

a als k €

WsoSp,ka = MoSpA,ka ∗ (spoSpA,ka

+ moSpA,kFa ∗ spFa

+ moSpA,kNs ∗ spNs

−moSpE,ka ∗ mkoSpE,ka) = −4,14 €

Im Vergleich zu dem Referenzprozess nach Abschnitt A.3.1 und der berechneten ne-

gativen Wertschöpfung von WsoSp,ra = −5,15 € erreicht die alternative Verwendung

eine um 0,99 € höhere Wertschöpfung, was identisch zu der errechneten Liquiditäts-

erhöhung liegt. Die restlichen ökonomischen Nachhaltigkeitsindikatorwerte sind dahin-

gehend plausibel, dass trotz der ausschließlich recherchierten Werte keine negativen

Erlöse bzw. Liquiditäten berechnet werden. Die Ergebnisse der gesellschaftlichen

Nachhaltigkeitsindikatorwerte sind analog zu den Ökologischen dahingehend plausi-

bel, dass eine abnehmende Nachfrage an Flacherzeugnissen zu einer geringeren nö-

tigen personengebundenen Leistung führt.

Der Vergleich zwischen den Referenzprozessen und der alternativen Verwendung zur

Fertigung eines Türrahmens entsprechend der prozessualen Einheit nach Ab-

schnitt 4.1 zeigt, dass sich der Material-Input durchschnittlich um 19 % verringern lässt.

152

Auf der ökonomischen Seite verringern sich über sämtliche betrachteten Prozesse die

negativen Nominalgüterflüsse um 17,3 % und die Positiven um 7,9 %. Das führt zu

einer Liquiditätsminderung um 2 %, wobei die höchste Minderung um 42,6 % das Fri-

schen erfährt. Durch die Erhöhung des Materialnutzungsgrades und der resultierenden

geringeren Nachfrage an Flacherzeugnissen für die Fertigung der Abdeckung verrin-

gert sich die personengebundene Leistung in Form der für die Transformationssys-

teme nötigen Arbeitskräfte um 18,5 %. Besonders ist die Fertigung der Abdeckung mit

37,5 % betroffen. Insgesamt verringert sich die Versorgung um 18 %. Die alternative

Verwendung führt zu einer geringeren Versorgung einer durchschnittlichen Familie um

0,43 Tage.

Zur Individualisierung der absoluten Zahlen wird ein Verhältnis von 50 % zwischen ver-

kauften Drei- und Fünftürern und 3,27 Mio.808 verkauften Fahrzeugen angenommen.

Die alternative Verwendung führt aggregiert auf die antizipierten Transformationssys-

teme insgesamt zu einer Minderung der Liquidität um 78,5 Mio. €, einer Verringerung

der Beschäftigten um 6709 und damit um eine geringere Versorgung einer durch-

schnittlichen Familie um 11.307 Jahre.

808 a. a. O. Fn. 786

153

B Glossar

Mit * gekennzeichnete Begriffe sind bereits in dem Hauptteil dieser Arbeit durch die

Literatur belegt worden.

Abhängige Eigenschaf-

ten*

Abhängige Eigenschaften werden durch unabhängige

Eigenschaften bedingt bzw. stehen in einem kausalen Zu-

sammenhang zu diesen. Nachhaltigkeitseigenschaften

sind abhängige Eigenschaften.

Abstraktionsebenen

des Prozessmodelles

Mit dem Antizipieren eines Transformationssystemes aus-

gehend von dem Prozess über das Verfahren hin zu Ope-

ratoren steigt die Konkretisierung. Die Konkretisierung

führt zu einer Zunahme der synthetisierten Informationen.

Analyse Die Analyse ist ein Antonym zur Synthese. Sie gliedert ein

Problem in kleine Bestandteile und entspricht einer Unter-

suchung hinsichtlich definierter Kriterien.

Antizipieren Das Antizipieren ist ein gedankliches Vorwegnehmen

bzw. Vorausdenken des virtuellen Produktlebenslaufes

eines zu entwickelnden Produktes. Es werden Material-

und Energieflüsse der Transformationssysteme innerhalb

der Technosphäre synthetisiert.

Beeinflussen Das Beeinflussen ist das kriterienbasierte Entscheiden

über abhängige Eigenschaften des zu entwickelnden Pro-

duktes auf Grundlage einer Analyse.

Bindendes Sozialkapi-

tal*

Das bindende Sozialkapital ermöglicht eine Interaktion

zwischen ähnlichen Menschen, beispielsweise Familien-

mitgliedern.

Brückenbildendes So-

zialkapital*

Das brückenbildende Sozialkapital ermöglicht eine Inter-

aktion zwischen unterschiedlichen Menschen, beispiels-

weise Arbeitskollegen.

Charakterisierungsfak-

tor*

Der Charakterisierungsfaktor dient der Individualisierung

der antizipierten Material- und Energieflüsse in die ge-

meinsame Einheit des Nachhaltigkeitsindikatorwertes.

Dilemma der Produkt-

entwicklung*

Das Dilemma der Produktentwicklung beschreibt die

Gegenläufigkeit der Änderungsmöglichkeiten mit steigen-

dem Informationszuwachs während der Produktentwick-

lung. Dieser Sachverhalt trifft auf die ökologischen, öko-

nomischen wie auch gesellschaftlichen Merkmale des zu

entwickelnden Produktes zu.

154

Entwicklung nachhalti-

ger Produkte*

Die Entwicklung nachhaltiger Produkte erfolgt unter der

gleichwertigen Berücksichtigung der ökologischen, öko-

nomischen und gesellschaftlichen Wirkung des zu entwi-

ckelnden Produktes. Ihr Ziel ist das Erreichen eines nach-

haltigen Zustandes.

Fabrikationsprozess Fabrikationsprozesse sind Transformationssysteme, die

das zu entwickelnde Produkt bzw. seine Materialien ge-

winnen, bearbeiten, verarbeiten oder beseitigen.

Fertigungstechnisch

ähnliche Verfahren

Fertigungstechnisch ähnliche Verfahren realisieren Pro-

zesse der Rohstoffgewinnung. Die Verfahren ähneln in

ihrer Beschreibung den Fertigungsverfahren. Es erfolgt

keine Bearbeitung von Gegenständen sondern von Roh-

stoffvorkommen in der Ökosphäre.

Fertigungstechnische

Bearbeitung

Die fertigungstechnische Bearbeitung, oder nur Bearbei-

tung, entspricht der Produktion bzw. der Aufarbeitung zur

Verwendung. Dabei werden Gegenstände, durch schritt-

weises Verändern der Form oder der Stoffeigenschaften

oder beidem transformiert.

Festlegen Das Festlegen ist das Treffen von Entscheidungen, ohne

eine Analyse der Wirkung der Entscheidungen.

Gegenstand Gegenstände sind formbehaftete Materialien und werden

über ihre extensiven Eigenschaften beschrieben. Sie ent-

sprechen nach DIN 8580 geometrisch bestimmten festen

Körpern und sind aufgrund ihrer Merkmale in einer techni-

schen Zeichnung darstellbar.

Individualmodell Das Individualmodell ist das Ergebnis der Individualisie-

rung eines Partialmodelles. Sie entspricht der Synthese

einer Datenbasis zu einem nicht weiter konkretisierbaren

Modell.

Nachhaltigkeitsindikator Die Nachhaltigkeitsindikatoren dienen der Beschreibung

des Zustandes der Nachhaltigkeitssphären nach der Zu-

standsänderung aufgrund des Überganges der Nachhal-

tigkeitsindikatorwerte aus der Technosphäre in die Sphä-

ren der Nachhaltigkeit.

155

Nachhaltigkeitsindika-

torwert

Die Nachhaltigkeitsindikatorwerte entsprechen der Indivi-

dualisierung der Material- und Energieflüsse der antizi-

pierten Transformationssysteme der Technosphäre über

Charakterisierungsfaktoren. Nach dem Übergang in die

Öko-, Ökono- und Soziosphäre rufen sie eine Wirkung

hervor.

Ökonosphäre Die Ökonosphäre umfasst wirtschaftliche Prozesse. Die

Ökonosphäre einzelner Unternehmen entspricht der je-

weiligen Finanzwirtschaft.

Ökosphäre Die Ökosphäre grenzt die natürliche Umwelt ab. In ihr füh-

ren physikalische, chemische und biologische Prozesse

aufgrund der in den technosphärischen Transformations-

systemen hervorgerufenen Emissionsein- und Rohstoff-

austräge zu einer Umweltwirkung.

Operator* Ein Operator stellt über die Transformation von Eingangs-

größen eine Wirkgröße zur Transformation eines Operan-

den zur Verfügung.

Partialmodell Ein Partialmodell ist ein Modell, das eine Datenbasis zu

einem Individualmodell individualisiert. Unter Betrachtung

der Konkretisierung liegt es auf einer Ebene zwischen

dem generischen Modell und dem Individualmodell.

Produktentwicklungs-

ferne Transformations-

systeme

Produktentwicklungsferne Transformationssysteme

zeichnen sich durch einen informatorischen Abstand we-

gen einer organisatorischen Ferne aus.

Produktentwicklungs-

nahe Transformations-

systeme

Produktentwicklungsnahe Transformationssysteme

zeichnen sich durch eine informatorische Nähe über einen

geringen organisatorischen Abstand zu der Produktent-

wicklung aus.

Prozess* Ein Prozess ist eine abstrakte sprachliche Beschreibung

einer gewünschten Zustandsänderungen eines Operan-

den. Sprachlich kann er beispielsweise den Hauptgrup-

pen, Gruppen oder Untergruppen nach DIN 8580 entspre-

chen.

Prozessuale Einheit Die prozessuale Einheit, oder zweckerfüllende Einheit, ist

die quantitative Erfassung des Zielzustandes eines Trans-

formationssystemes für die Verwendung als Vergleichs-

einheit bzw. Referenzeinheit einer Nachhaltigkeitsbilan-

zierung.

156

Referenz Das Referenz-Transformationssystem, oder nur Refe-

renz, dient bei der Nachhaltigkeitsbilanzierung als Ver-

gleichstransformationssystem.

Rohstoff Ein Rohstoff ist ein formloser Stoff, der noch keine anthro-

pogene Be- oder Verarbeitung erfahren hat. Er wird, unter

Beibehaltung der chemischen Eigenschaften, der Öko-

sphäre entnommen.

Soziosphäre* Die Soziosphäre, oder Gesellschaft, ist die Gesamtheit

der Menschen, die zusammen unter bestimmten politi-

schen, wirtschaftlichen und sozialen Verhältnissen leben.

Sie grenzt sich territorial von anderen Gesellschaften ab

und ist durch eine normative Sozialstruktur geprägt.

Sphäre Eine Sphäre ist ein abgegrenztes System, in dem ökolo-

gische, ökonomische oder gesellschaftliche Prozesse ab-

laufen. Sie kann auf unterschiedlichen Aggregationsebe-

nen betrachtet werden.

Stoff* Ein Stoff ist ein formloses Material. Er wird durch intensive

Eigenschaften beschrieben.

Synthese* Die Synthese ist eine Informationsverarbeitung durch Bil-

den von Verbindungen, durch Verknüpfen von Elementen

mit insgesamt neuen Wirkungen. Während der Produkt-

entwicklung wird durch die Synthese ein Informationszu-

wachs durch die Individualisierung einer Datenbasis über

Partialmodelle zu einem Individualmodell erreicht.

Technosphäre Die Technosphäre beinhaltet sämtliche (anthropogenen)

antizipierten Transformationssysteme, die direkt oder in-

direkt über Material- und Energieflüsse mit dem zu entwi-

ckelnden Produkt in Verbindung stehen.

Transformationssys-

tem*

Ein Transformationssystem modelliert einen technischen

Prozess über die Merkmale Prozess, Verfahren, Operand

und über verschiedene Flüsse und Größen. Ein Transfor-

mationssystem kann aus mehreren Teilprozessen be-

stehen. Bei einer betriebswirtschaftlichen Betrachtung

wird von leistungswirtschaftlichen Prozessen als Syn-

onym für das Transformationssystem gesprochen.

Unabhängige Eigen-

schaften*

Unabhängige Eigenschaften werden durch den Konstruk-

teur festgelegt. Sie stehen in keinem kausalen Zusam-

menhang zu anderen Produkteigenschaften.

157

Verbindendes Sozialka-

pital

Das verbindende Sozialkapital ermöglicht die Interaktion

zwischen Menschen und der institutionellen Ebene einer

Gesellschaft.

Verfahren* Verfahren realisieren Prozesse. Sie entsprechen bei-

spielsweise den Ordnungsnummern einzelner Gruppen

bzw. Untergruppen der Fertigungsverfahren nach

DIN 8580.

Verfahrenstechnisch

ähnliche Verfahren

Verfahrenstechnisch ähnliche Verfahren realisieren bei-

spielsweise Prozesse der Rohstoffgewinnung. Ihre Be-

schreibung ähnelt der Beschreibung der Verfahrenstech-

nik. Es erfolgt keine Verarbeitung des Stoffes, beispiels-

weise des Rohstoffes, seine chemischen Eigenschaften

bleiben erhalten. Es werden Hilfsstoffe chemisch transfor-

miert wie Sprengstoffen oder das sog. Fracfluid zum Ab-

bau von Rohstoffen.

Verfahrenstechnische

Verarbeitung

Die verfahrenstechnische Verarbeitung, oder nur Ver-

arbeitung, entspricht der Werkstoffherstellung bzw. der

Aufbereitung zur Verwertung. Stoffe werden nach Art,

Eigenschaft und Zusammensetzung chemisch verarbeitet

und somit ihre intensiven Eigenschaften transformiert.

Verwendung Siehe fertigungstechnische Bearbeitung

Verwertung Siehe verfahrenstechnische Verarbeitung

158

Eigene Veröffentlichungen

2013

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159

Betreute studentische Arbeiten

2011

Budde, L. (2011): Stand der Forschung im Bereich der Miniatur- und Mikro-Maschi-

nenelemente.

2012

Gunkel, A. (2012): Auslegung einer angepassten Entwicklungsmethodik für Mikro-Ma-

schinenelemente.

Gusak, A. (2012): Konzeptionierung eines Messprinzipes zur Erfassung vollständiger

Geometrieelemente kleinster Wellen.

Kranz, I. (2012): Konzeptionierung und Bau eines Prüfstandes zur Messung übertrag-

barer Drehmomente bei Mikro-Welle-Nabe-Verbindungen.

Lal, M. J. (2012): Entwicklung einer Berechnungsmethode zum Auslegen von Press-

verbänden mit vollplastischem Außenteil.

Laufer, F. (2012): Konzeptionierung eines Messprinzipes zur Erfassung vollständiger

Geometrieelemente kleinster Bohrungen.

Müller, C. (2012): Beurteilung der Berechnungsmethoden aus der Richtlinie VDI 2731

Blatt 1 zur Auslegung von Mikrogetrieben.

Uygun, B. (2012): Erstellung und Validierung eines Finite-Elemente-Modells für Läng-

spressverbände mit AnSys 14.

2013

Blume, C. (2013): Nachhaltigkeit in der Produktentwicklung – Digitale Fabrik: Metho-

den und Instrumente zur Entwicklung von Produkten im Sinne der ganzheitlichen

Nachhaltigkeit.

Keller, T.; Krumbein, B.; Werner, J.; Wetz, T.; Zech, P. (2013): Konzeptionierung, Bau

und Evaluierung eines preiswerten 3D-Scanners.

Strauß, D. (2013): Nachhaltigkeit in der Produktentwicklung – Folgen des Recyclings

auf den Arbeitsmarkt.

2014

Grau, P. (2014): Abschätzung der Umweltwirkung unterschiedlicher Recyclingstrate-

gien.

Müller, M. (2014): Quantitative Erfassung der Wertigkeit unterschiedlicher Werkstücke

im Produktlebenslauf.

Reiter, M. (2014): Konzipierung einer Datenbank zur Erfassung von Verschnitteigen-

schaften.

160

Schell, L. (2014): Konzipierung und Umsetzung eines Hilfsmittels zur rechnerbasierten

Bewertung von Ähnlichkeiten unterschiedlicher Werkstücke.

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2015

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Lebenslauf

Persönliche Daten:

Name: Marko Ćorić

Geburtsdatum: 4. Februar 1985

Geburtsort: Mostar / Bosnien und Herzegowina

Promotion:

09/2011 - 05/2013 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am pmd auf dem Themen-

gebiet „Mikro-Maschinenelemente“

06/2013 - 08/2015 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am pmd auf dem Themen-

bereich „Nachhaltige Produktentwicklung“

06/2016 Promotionsprüfung zum Doktor-Ingenieur an der Techni-

schen Universität Darmstadt im Fachbereich Maschinen-

bau

Studium:

10/2005 - 03/2009 Bachelor of Science “Mechanical and Process Engineering”

an der Technischen Universität Darmstadt blindblindblindbll

Abschluss: Bachelor of Science

04/2009 - 07/2011 Master of Science „Mechanical and Process Engineering“

an der Technischen Universität Darmstadt Blind blilnd blind

Abschluss: Master of Science

Schulische Ausbildung:

09/1995 - 06/2004 Heinrich von Gagern Gymnasium, Frankfurt am Main

Die Entwicklung nachhaltiger Produkte Ein ganzheitlicher...

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